电动机性能虚拟仪器测试系统设计与实现

的PC机结构，运行Windows 多线程操作系统，使用LabVIEW虚拟仪器平台，借助TCP/IP协议实现，与服务器之间控制参量及检测数据的通信，并提供GUI图形化用户界面，实现人机交互，完成控制参数的输入，以及检测数据的分析、运算和图表显示。

　　系统操作流程为，上电后服务器自动启动存储器中内建的LabVIEW RT实时程序，并实时侦听客户机“开始测试”的命令；客户机开机运行电动机性能虚拟仪器测试主程序，完成用户登录、硬件配置、选择测试项目、设置测试参数后，启动测试程序；服务器侦听到客户端“开始测试”命令后，按照客户制定的硬件配置、测试项目以及测试参数开始实时控制与数据采集，并通过TCP/IP协议将实验数据发送给客户机；客户机发出PID控制命令，并对服务器发送的实验数据进行分析处理，完成PID控制后，按照测试项目进行测试，分析处理测试数据，并以图表方式显示实验结果；完成测试后，客户机发出结束测试的命令，经服务器接收确认后，结束测试。

　　3.2.PID控制算法

　　本系统试验了3种PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和积分分离PID控制算法[5]。

1) 位置式PID控制算法

位置式PID控制算法描述为：其中， =0，1，2……为采样序号； 为第 次采样时刻的计算机输出值； 为第 次采样时刻输入的偏差值； 为第 次采样时刻输入的偏差值； 为积分系数， ； 为微分系数， ； 为比例系数； 为积分时间常数； 为微分时间常数； 为采样周期。该算法的优点是原理简单，只是将经典的PID算法理论离散化，运用于计算机辅助测量，结构简单易于实现；缺点是每次输出均与过去的状态有关，计算时要对 进行累加，计算机运算工作量大；而且，因为计算机输出的 对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障， 得大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

2) 增量式PID控制算法

　　增量式PID控制算法描述为：其中 。该算法的优点是，由于计算机输出增量，误动作时影响小，必要时可以用逻辑判断的方法去掉；手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换，此外当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍能保持原值；算式中不需要累加。控制增量 的确定，仅与最近 次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。增量式控制也有不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。3) 积分分离PID控制算法积分分离PID控制算法描述为：

　　当时，即偏差值 比较大时，采用PD控制，可避免过大的超调，又使系统有较快的响应。当 时，即偏差值 比较小时，采用PID控制，可保证系统的控制精度。图4所示纬三种PID控制算法的阶跃响应曲线。经过试验比较，采用积分分离式PID控制算法将过渡过程时间由位置式的19.5s和增量式的16s，缩短为12s；最大超调量由位置式的36℅和增量式的25℅，缩小为18℅，具有超调小、响应速度快、稳定性能好、遇干扰回复能力强的特点，最后使用了积分分离式PID控制算法来完成对定标参量的控制。

　　该电动机性能虚拟仪器测试系统，实现了对多路并行电动工具的自动加载，扭矩、转速、功率以及温度实时监测，并利用TCP/IP协议实现主控机对多路并行工位的远程操控以及测试数据的网络共享；高精度数字万用表模块DMM-4070利用四线制测量电动机内转子绕阻，测量精度可以达到6 ? 位；功率分析仪使用高精度功率传感器模块，测量精度可达到0.3%。该系统具有测量精度高、运行稳定性强、并行效率高等优点，已被运用于工业现场，实际使用中运行稳定可靠，适用于多种类型电动机耐久性和综合性能测试。