數(shù)據(jù)采集卡

設(shè)備驅(qū)動(dòng)

虛擬儀器面板

應(yīng)用程序

LabWindows/CVI函數(shù)

LabWindows/CVI平臺(tái)

計(jì)算機(jī)

    由傳感器接受被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào),送入信號(hào)處理電路進(jìn)行整形、轉(zhuǎn)換和濾波處理,變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)處理電路的電壓信號(hào),轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào),經(jīng)過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)在LabWindows/CVI平臺(tái)下調(diào)用信號(hào)處理函數(shù),編寫(xiě)程序和設(shè)計(jì)虛擬儀器面板,形成不同針對(duì)試驗(yàn)的測(cè)量處理系統(tǒng)。

異步機(jī)空載采集處理系統(tǒng)

異步電機(jī)空載試驗(yàn)計(jì)算機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型

    異步電機(jī)的空載試驗(yàn)是在被試電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)測(cè)量三相電壓、三相電流、功率,作出電壓-電流、電壓平方-空載損耗、電壓-功率的關(guān)系曲線, 在電壓-電流曲線上我們查出額定電壓的空載電流值，在電壓-功率的曲線上我們查出額定電壓的空載損耗值，結(jié)合電壓平方-空載損耗曲線分離出鐵耗和風(fēng)摩耗值。

    因此，曲線擬合的表達(dá)式是決定我們處理空載損耗的關(guān)鍵。參考電機(jī)學(xué)相關(guān)書(shū)籍和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們知道電壓-電流、電壓平方-空載損耗是呈直線-三次趨向關(guān)系，而電壓-功率是高階曲線函數(shù)關(guān)系。很顯然，我們只需要擬合出 個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的這三條曲線的準(zhǔn)確表達(dá)式來(lái)，上述問(wèn)題就迎刃而解。對(duì)于電壓-功率的高階曲線函數(shù)關(guān)系，LabWindows/CVI函數(shù)庫(kù)提供了 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的高階曲線擬合函數(shù)PolyFit，只需要確定或選擇階數(shù)并代入有關(guān)數(shù)據(jù)即可。因此，我們需要解決的是直線-三次擬合曲線表達(dá)式的求取。

設(shè)分段函數(shù)

曲線的連接點(diǎn)在 處。

顯然，上述曲線應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：

        （1）       在 處，倆式表達(dá)式值相等,有

（2）       在 處，倆式斜率相等,有

（3）   曲線要光滑，則斜率的變化率相等，即二階倒數(shù)值相等，有







    根據(jù)上述關(guān)系，我們可以消去 ， 和 ，得出函數(shù)與 ， ， 的關(guān)系表達(dá)式。

    并代入擬合曲線方程： 
    
             
 

        令每一觀測(cè)值對(duì)擬合曲線的偏差為 則有

則

    我們假設(shè)共有個(gè)觀測(cè)數(shù)組， , ，其中在 時(shí)有 個(gè)觀測(cè)值，在

時(shí)有 個(gè)觀測(cè)值，則 ；

則偏差平方和為：

要使Q，則 ;

則可求出 ，有：

其中， ，

 
對(duì)于 ，可以選擇 為區(qū)間 的值，求取直線-三次曲線，求得偏差平方和Q值，再以步長(zhǎng)

變化計(jì)算不同連接點(diǎn)的Q值，取Q值的 即可。

      對(duì)于空載試驗(yàn)電壓平方-空載損耗的直線-三次曲線來(lái)說(shuō)，顯然 的值就是風(fēng)摩耗。

    實(shí)際上，由于電機(jī)磁路可能飽和的關(guān)系，直線-三次擬和有可能不能更為客觀真實(shí)的反映上述兩條曲線的關(guān)系時(shí)，我們也提供高階擬和函數(shù)PolyFit來(lái)替代。

異步機(jī)空載試驗(yàn)的虛擬儀器系統(tǒng)

    本系統(tǒng)的軟件是在LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)。

    數(shù)據(jù)采集是采用DAQ數(shù)據(jù)采集卡,采集通道通過(guò)daq::s!（i:j）格式確定，下面的程序?yàn)椴杉绦虻牟糠郑?/P>

char DaqStr34A[20] = "daq::1!(0:5)";   

char DaqStr34B[20] = "daq::1!(6:11)";

SetCtrlAttribute (hMainPanel, PANEL_ReadData, ATTR_DIMMED, 1); 

strcpy(channelStringA, DaqStr34A);                             //設(shè)置采樣通道      

strcpy(channelStringB, DaqStr34B);    

GetCtrlVal (hMainPanel, PANEL_numCyc, &numCyc);

numChannels=6;       numScans=64;

rate=50*numScans;

DataCount= numScans * numCyc;

iTestedWaveform = (double *) malloc (DataCount * numChannels * sizeof (double));

iLoadWaveform  = (double *) malloc (DataCount * numChannels * sizeof (double));

err = nidaqAIScanOp (channelStringA, numScans * numCyc, rate, upper,

                     lower, kNidaqGroupByChannel, & actualRate, iTestedWaveform);

err=nidaqAIScanOp (channelStringB, numScans * numCyc, rate, upper, lower,

                            kNidaqGroupByChannel, & actualRate, iLoadWaveform);

    采集的每一點(diǎn)的電壓電流每相值用Labwindows/CVI庫(kù)自帶的RMS函數(shù)進(jìn)行有效值計(jì)算，再通過(guò)Mean函數(shù)計(jì)算出平均值，求取每一相的功率值。從上述儀表中可以將試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)記錄保存。

Kp = 0;                            

for (index = 0; index < numChannels*numCyc; index++){

     Copy1D (&iTestedWaveform[Kp*numScans], numScans, Upek[index]);

     RMS ( Upek[index], numScans, & Up[index] );            //有效值計(jì)算

     ++Kp;           //Upek:試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)(行:numchannels*numcyc,列:numScans)

     }            //Up:numChannels*numCyc個(gè)數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)于原始數(shù)據(jù)的RMS

MyVal = numCyc;

Kp    = 0;

for (index = 0; index < numChannels; index++){

     Mean (&Up[Kp*numCyc], numCyc, & aUIrms[index]);           

//aUIrms[0]-[5]:各Channel中各Cycle的RMS值的平均值

     aUIrms[index] = aUIrms[index]*PTCT[index];            //乘以預(yù)設(shè)比例

SetCtrlVal (hTestedMotor, METERPANEL_NumU1 + index, aUIrms[index]/mtDisplay[0][index].iRat);

       ++Kp;}                //六個(gè)電壓電流值設(shè)定

  }

Mean (&aUIrms[0], 3, & Uav);                             //電壓平均值

Mean (&aUIrms[3], 3, & Iav);                                                 //電流平均值

SetCtrlVal ( hTestedMotor, METERPANEL_VOLTAGEMETER, Uav );  

SetCtrlVal ( hTestedMotor, METERPANEL_CurrentMeter, Iav );

MyVal = numScans;

for (kk = 0; kk < 3*numCyc; kk++)          //功率計(jì)算

     DotProduct (Upek[kk], Upek[kk+3*numCyc], numScans, &PP[kk]); 

Kp    = 0;                                               

for (index = 0; index < numChannels/2; index++){

     Mean (& PP[Kp*numCyc], numCyc, &aUIrms[6+index]);

//aUIrms[6]-[9]:三個(gè)周期功率平均

aUIrms[6+index] = PTCT[index]*PTCT[index+3]*aUIrms[6+index]/MyVal;                                //各點(diǎn)功率

     SetCtrlVal (hTestedMotor,METERPANEL_NumP1+index, aUIrms[6+index]);

     ++Kp;

   }

    通過(guò)編寫(xiě)處理函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。根據(jù)空載試驗(yàn)處理的數(shù)學(xué)模型，我們編寫(xiě)直線-三次擬合函數(shù)

void  linefit13(int datanum, double x[], double y[], double *p, double eps)

    對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算出給結(jié)果數(shù)據(jù)。曲線的繪制我們用庫(kù)函數(shù)PlotXY輸出顯示在控件Graph中。如圖，的結(jié)果數(shù)據(jù)同手工計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)定子電流103.2A,空載損耗93.424kW,鐵耗37.682kW,風(fēng)摩耗48.165kW相比還是比較的。

結(jié)束語(yǔ)

    可以看出，將虛擬儀器引入電機(jī)的型式試驗(yàn)將給試驗(yàn)帶來(lái)重要影響。利用傳感器測(cè)量克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法的不便，減小了傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的對(duì)于試驗(yàn)的影響，試驗(yàn)的自動(dòng)采集使得試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)更具實(shí)時(shí)性，試驗(yàn)的自動(dòng)處理也減小了人的勞動(dòng)量、提高了效率和準(zhǔn)確性，我們還可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行報(bào)表的自動(dòng)生成和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理。虛擬儀器大大提高了電機(jī)型式試驗(yàn)的自動(dòng)化過(guò)程。

參考文獻(xiàn)
1．《基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)》 劉君華主編，電子工業(yè)出版社，2003年
2．《虛擬儀器編程語(yǔ)言LabWindows/CVI教程》 劉君華主編，電子工業(yè)出版社，2001年
3．《電機(jī)測(cè)試技術(shù)》 何秀偉 ，機(jī)械工業(yè)出版社，1995年

國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)   作者：周文超 楊新寧 余麗霞 楊曉春