摘 要 永磁直流电动机虚拟测试系统可以获得直流电动机有关的机电参数，从而对永磁直流电动机进行多功能测试。为达到系统测试精度要求数据采集器具有很高的精度。主要阐述了数据采集器中电动机转速测量电路原理及实现，并对其精度做了具体分析，最后通过实验进行了验证。

    关键词 虚拟测试系统 直流电动机 采集精度

    虚拟仪器是计算机测试仪器发展的结果。一般来说，它由计算机、一组硬件和软件组成。硬件解决信号的输入和输出，软件完成数据处理、应用理论实现及系统控制功能。用户通过操作计算机图形面板，即可控制计算机虚拟仪器的运行，完成全部测试功能。

    永磁直流电动机虚拟测试系统主要通过系统辩识理论获得电机的动静态参数，并测定全部动静态特性，以及有关电机的多种物理量。同时，根据动静态参数的变化，可以在一定程度上对电动机进行故障检测和诊断。

    根据测试系统的要求，需要采集电动机的电压（输入量）、电流和转速（输出量）等状态参数，数据采集的精度和速度将直接影响到电动机有关参数、特性测定以及故障检测与诊断的准确性、快速性和可靠性。由于转速是电动机模型中极为重要的状态参数，它的测量精确与否对辩识结果的精度影响较大。因此转速采集模块的研制在整个系统中占有极其重要的地位，提高该部分的精度和速度以满足系统要求是非常必要的。

    １ 数据采集器的总体结构

    本采集器的总体结构如图１所示，主要由功率驱动部分和数据采集部分组成，由计算机来控制。数据采集部分是一块内置于计算机（386XT以上机型）扩展槽内的数据采集板，该采集板采用ISA总线可进行16位数据传输，电流与电压的采集采用双路A/D转换，提高了数据采集的速度并保证了数据采集的同时性。采集信号中，电压u(t)和电流i(t)以模拟信号方式输入;转速n(t)以数字频率信号方式输入。

    ２ 转速采集方法及电路实现

    转速采集模块采用数字式转速测量方法，转速信号由频率式转速传感器——圆光栅编码器产生，它将转速转换成电脉冲信号，经过放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率f或周期T，测得转速的大小。

    .2.1常用数字式转速测量方法比较

    目前，常用的数字式转速测量方法主要有三种，分别是M法（频率法）、T法（周期法）、M/T法（频率／周期法）。Ｍ法是在既定的检测时间内，测量所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速;T法是测量相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速;M/T法是同时测量检测时间和在此时间内的转速脉冲信号的个数来确定转速。三种方法的各项性能比较如表１。

    表1中，m1、m2检测时间间隔内的脉冲计数值（分别对应M、T法）;T为规定的检测时间间隔;P为圆光栅编码器每转一圈发出的转速脉冲信号的个数; 远高于转速脉冲信号的频率

两种方法的计数值相比。例如在的情况下

   

    可见，M/T法的测量精度远高于M法的测量精度。

    图７是先给电动机加同一电压工作稳定后再给电动机加同一阶跃让其工作到另一稳态，分别采用M/T法和Ｍ法测得此电动机转速并绘制的转速－时间曲线。从图中可看出，虽然两种方法测得的转速平均值基本相同，但Ｍ法测量得到的转速曲线（b）由于有转速脉冲的±１误差，影响较大，转速的失真很明显;而M/T法测量得到的转速（a尽管有高频时钟脉冲的±１的误差，因其很小，影响可以忽略，出现的小波动是由电机旋转过程中电刷经过换向器换向时引起的，这正反映了电动机的实际转速情况。

    以上分析和实验均显示M/T法的测量精度明显高于Ｍ法的测量精度，而且电路实现简便，测量范围广，精度高。

    通过理论分析及实验验证比较，选用了恰当的转速测量方法并精心设计了转速采集电路，提高了转速采集精度，与此同时采用了精度高、适用范围广的电流电压测量电路，进而提高了数据采集器的整体精度，在此基础上，利用电动机的数学模型和系统辩识方法进行数据处理，使系统综合误差在3.0%左右（包括硬件测量误差、电动机模型近似误差、软件算法的数据处理误差等），从而达到永磁直流电动机虚拟测试系统的性能要求。