電機驅動系統檢測報告生成系統開發與應用

李 敏， 黃宜山， 張春楊

（中車時代電動汽車股份有限公司， 湖南 株洲 412007）

為掌握電動汽車電機驅動系統的性能，需對驅動系統開展性能檢測，出具檢測報告。目前多數電機試驗臺具備檢測報告自動生成的能力，但軟件系統無法移植到辦公電腦獨立使用，無法與試驗設備分開獨立存在，在使用過程中有一定局限性。同時，因報告格式調整、試驗標準修訂、試驗臺過質保期，軟件系統缺少針對性維護，導致試驗臺報告生成系統使用效果不佳，最終淪為人工編寫檢測報告。因此，會存在以下問題：檢測人員需消耗大量時間、精力處理試驗數據，工作效率極低；檢測人員需熟練掌握試驗國標，掌握試驗數據的處理方式，對檢測人員專業能力要求高；不同檢測人員編制的檢測報告存在差異性、存在人為失誤的可能性，導致檢測報告品質不佳。針對上述問題，本文開發一款電動汽車電機驅動系統性能檢測報告自動生成系統，該系統操作簡單、移植方便，能夠根據國家標準要求自動填寫原始數據、計算檢測結果、繪制檢測曲線，按照檢測報告模板格式自動生成電機驅動系統性能檢測報告，能極大提高檢測報告編制效率。

1 系統設計

1.1 設計工具選擇

MATLAB是一款主要用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境的軟件。MALAB圖形用戶界面（GUI） 是一種用戶和計算機進行信息交流的工具和方法，有利于將軟件系統編譯成獨立的.exe文件，用戶無需安裝龐大內存的軟件環境就可運行，這給軟件系統的設計、使用和傳播帶來極大便利。

1.2 功能分析及要求

電機驅動系統在研發階段需開展如溫升試驗、轉矩轉速特性及效率、饋電特性、絕緣電阻、直流電阻、質量、穩態短路、外觀檢查、外形和安裝尺寸、空載反電動勢、耐電壓、堵轉轉矩、接地電阻、抗失磁能力、超速等檢測項目[1-2]。軟件系統應該具有以下功能：①將所有檢測項目的原始數據、計算結果、計算過程值、曲線圖片、判斷結果和檢測基本信息準確無誤地按照報告模板格式填入檢測報告；②計算直流電阻檢測項目電阻平均值，將線電阻換算為相電阻，計算三相電阻不平衡度；③繪制溫升試驗檢測項目電機、控制器溫度變化曲線，計算溫升值；④繪制轉矩轉速特性及效率、饋電特性檢測項目電機、控制器、驅動系統效率MAP圖[3]和電機輸入電流的MAP圖，繪制轉矩轉速功率外特性曲線圖，計算效率平均值、高效率占比，檢索最高效率值、最低效率值；⑤計算空載反電動勢檢測項目平均值、不平衡度；⑥檢索堵轉轉矩項目最小轉矩值和對應的堵轉電流；⑦計算抗失磁能力項目電動勢平均值、偏離百分比；⑧將計算值或測量值與判斷依據進行對比判斷檢測項目是否合格；⑨將檢測報告、曲線圖片保存在固定路徑，便于查看分析。

1.3 數據電子表格模板設計

1） 本軟件系統獨立于試驗設備，無法自動采集檢測數據。

2） 使用電子表格承擔數據存儲的功能，用于存放檢測項目原始數據、判斷依據、檢測樣品基本信息。

3） 所有檢測項目的原始數據存放在同一個電子表格不同工作表中，將工作表按照檢測項目名稱命名。

4） 檢測人員按照表格固定格式將數據填入表格，便于軟件系統讀取使用。

原始數據電子表格模板如圖1所示。

圖1 原始數據電子表格模板

1.4 檢測報告模板設計

檢測報告模板主要包含報告封面、試驗基本信息、報告正文、試驗設備信息4部分內容。①報告封面包含樣品名稱、樣品型號、檢測依據、委托單位、檢測單位地址和電話信息；②試驗基本信息包含樣品制造單位、樣品編號、送樣日期、檢測項目、檢測地點、檢測日期、檢測環境、檢測結論、編制審核人員簽字蓋章等信息；③報告正文包含每個檢測項目的詳細檢測方法、檢測原始數據、計算過程、曲線圖片、檢測結果、檢測圖片、樣品詳細參數；④試驗設備信息包含設備名稱、設備編號、計量有效期。

1.5 軟件系統界面設計

軟件系統的操作界面基于MATLABGUI進行設計[4-6]。界面包含基本信息模塊、選擇項目模塊、提示信息模塊、操作按鈕模塊。軟件系統界面架構如圖2所示。

圖2 系統界面架構圖

1.6 軟件系統運行流程設計

軟件系統運行流程包含啟動系統、導入原始數據、導入報告模板、選擇檢測項目、一鍵生成報告5個主要流程。數據導入過程中軟件系統提示“導入失敗”，則檢查原始數據表格工作表是否有誤。軟件系統運行流程如圖3所示。

圖3 軟件系統運行流程圖

2 軟件系統功能實現

軟件系統界面包含樣品基本信息、提示信息、操作按鈕，可單獨選擇檢測項目或全選，通過點擊“導入原始數據”、“導入報告模板”、“一鍵生成報告”3個按鈕，可在2min內自動生成電機驅動系統性能檢測報告，節約報告編制時間，極大提高了工作效率。軟件系統界面如圖4所示。

圖4 軟件系統操作界面

3 軟件系統應用

以某款永磁同步電機和控制器組成的電機驅動系統為例，對驅動系統開展溫升、轉矩轉速特性及效率、饋電特性、絕緣電阻、直流電阻、質量、穩態短路、外觀檢查、外形和安裝尺寸、空載反電動勢、耐電壓、堵轉轉矩、接地電阻、抗失磁能力、超速總共15個檢測項目。

人工編制報告需完成以下工作：①計算直流電阻平均值、20℃下的標準值、三相不平衡度；②計算空載反電動勢的平均值、不平衡度；③繪制額定溫升試驗和峰值溫升試驗的電機、控制器溫度曲線，計算溫升值；④繪制轉矩轉速特性曲線圖、驅動電機系統效率MAP圖，計算平均效率、高效率區占比，篩選效率最大值、最小值；⑤繪制饋電特性曲線圖、驅動電機系統饋電效率MAP圖，計算平均效率、高效率區占比，篩選效率最大值、最小值；⑥篩選最小堵轉轉矩值和對應的電機繞組電流值；⑦計算抗失磁能力試驗中反電動勢的偏離百分比；⑧將36張溫升試驗、轉矩轉速特性及效率、饋電特性曲線圖片粘貼在報告中的相應位置；⑨將大量原始數據、計算結果、試驗信息分別填入不同表格。以上工作會消耗試驗人員至少數小時。

軟件系統自動生成試驗報告步驟：①將原始數據復制到數據電子表格模板；②啟動軟件系統，點擊“導入原始數據”、“導入報告模板”、“一鍵生成報告”3個按鈕。使用軟件系統生成試驗報告耗時低于10min。

4 結束語

本文開發的“電動汽車電機驅動系統檢測報告生成系統”基于MATLAB平臺，軟件簡單易學；系統界面采用MATLABGUI設計，控件靈活、使用方便，能快速完成系統開發。該軟件系統能幫助試驗人員在極短的時間內自動生成電機驅動系統性能檢測報告，極大提高驅動系統檢測工作的效率；能降低試驗報告編制門檻；能提高試驗報告編制品質，減少人為失誤。本軟件系統設計完成后具有一勞永逸的效果，對于其它行業檢測工作，具有借鑒價值，值得推廣。