基于虛擬儀器的車用電機測試平臺控制系統

由于采用交流測功機,系統實際具有對拖的能力,因此測功機和被測電機必然是一端采用轉速閉環控制而另一端采用轉矩閉環控制,從而達到一種動態的平衡。另外對于車用驅動電機來說一般采用轉矩閉環控制,因此在本系統中采用下面的控制方式。

上位機與PLC 終端控制模塊B( ET261) 之間通過CAN 總線進行通信。主變頻器INV1 既可以從上位機也可以從ET261 接收轉速指令并與測功電機DYNO 根據所接受的轉速信號構成轉速閉環控制。上位機與被測電機的控制器INV2之間依據實際情況可以采用不同的通信方式,考慮同整車通信協議的一致性,目前采用CAN 總線通信。被測電機及其控制器根據從上位機接受的轉矩信號構成轉矩閉環控制。

　狀態監控

上位機對系統的運行狀態進行實時監控,并根據不同的狀態采取相應的控制策略或隨時接受操作人員的指令輸入而采取相應的動作。采取分級的故障管理機制以保證系統安全可靠的運行。

主程序運行控制流程

　主程序用戶圖形界面( GUI)

上位機用戶圖形界面采用LabVIEW 開發。在利用LabVIEW 開發程序界面過程中,充分利用了其在虛擬儀器方面的優勢:

虛擬狀態燈和系統狀態碼的合理使用,使操作者可以實時掌握系統運行的當前狀態,并以此作為下一步操作的指導;

虛擬儀表盤的使用使操作者察看系統運行的轉矩和轉速更為輕松和方便;

虛擬示波器的使用使操作者對系統跟蹤設定的能力和效果作出實時的評價。

主程序運行控制流程

圖4 為主程序運行控制流程圖。其中:

準備　準備過程包括工作模式選擇、驅動信號選擇、文件存儲路徑選擇、數據存儲時間間隔設定、最高轉速設定、故障日志設定等。根據受試對象的不同會有差別。

數據文件操作　測試數據文件和數據存儲文件可采用EXCEL 或文本文件格式,以便于測試前后的數據錄入和處理。

故障處理　故障處理有一套完整的管理機制,將在后面作詳細介紹。

　故障報警及處理機制

對于一個復雜的自動化測試系統來講,一套完整有效的故障報警及處理機制是必不可少的。本系統采用一套分級的故障管理機制,定義了兩個類型3 個級別共64 種故障,既可以保證系統安全可靠的運行,又便于故障的診斷和排除。

故障處理流程

圖5 是系統故障處理的流程圖。故障類型、級別和種類的判斷依據是系統各部件運行狀態碼,由各部件通過CAN 總線實時通知上位機。無論何種故障,最終都會以文本文件的格式存儲在故障日志文件里。

　故障定義及處理

故障類型

故障類型分為A 型和B 型。當故障發生時,首先需要判斷的是故障的類型。A 型故障被定義為無需提交操作人員決策的故障,其處理方式為系統根據其級別自動處理。B 型故障被定義為必須提交操作人員決策的故障,必須由操作人員根據其級別決定處理方式。

　故障級別

故障級別分為3 級。這也是系統故障管理機制的基礎。一級故障被定位為最嚴重故障,必須?？傠娫础⑦M行檢修,譬如測功機過流、電機進出口壓力過載等。二級故障被定義為次級故障,需要切斷直流進行檢修,譬如電機進出口溫度過高等。三級故障被定義為輕微故障,但需要停被測電機和測功電機使能以便排除故障,譬如冷卻水箱液位過低、空氣開關工作異常等。

　故障種類

共定義64 種故障種類,可以根據故障代碼確定故障原因。另外根據實際測試過程中測到的新問題可以繼續擴展。這是一個累積的過程。

試驗結果

圖6 為測試得到的某型號車用驅動電機及其控制器的特性和效率曲線圖。

結束語

系統目前已在燃料電池轎車動力系統開發中應用,用于車用驅動電機及其控制器的綜合性能測試。實驗證明所設計的系統集成方案和控制策略可行,系統運行可靠,達到功能設計要求,并具有以下特點:

虛擬儀器技術的應用使系統硬件結構簡化,成本降低,自動化程度提高;

實現手動/ 自動控制模式的無縫切換;

數據的輸入與存儲可通用EXCEL ,或文本文件自動完成,便于實驗數據分析;

針對車用驅動電機的設計使系統最大程度的為整車動力系統的開發提供依據;

分級的故障管理機制保障系統安全可靠運行,并且方便故障的診斷和排除;

交流測功機的應用使系統具備進行電機動態測試的能力;

CAN 總線技術的應用提高了系統抗干擾能力,同時保持與整車通信協議的一致性。