以下是小编为大家整理的航空电子总线测试系统的设计与实现，本文共8篇，欢迎阅读与收藏。
篇1：航空电子总线测试系统的设计与实现
航空电子总线测试系统的设计与实现
现代航空电子综合化系统通常建立在MIL-STD-1533B多路传输数据总线通信网络基础之上,总线控制器(BC)和各个远程终端(RT)必须满足MIL-STD-1553B规定的各项协议指标要求,才能正确地联网通讯.讨论了某型航空电子总线测试系统的'设计与实现,主要探讨了此系统的软、硬件开发,系统组成及其BC和RT有效性测试的主要内容和要求.在实际应用中收到了很好的效果.
作 者：李志刚 LI Zhi-gang 作者单位：驻162厂军事代表室,贵州,安顺,561018 刊 名：火力与指挥控制 ISTIC PKU英文刊名：FIRE CONTROL & COMMAND CONTROL 年，卷(期)： 30(6) 分类号：V247 关键词：航空电子总线测试系统 MIL-STD-1553B 有效性测试篇2：基于模拟ARINC49总线自动测试的系统设计与实现
基于模拟ARINC49总线自动测试的系统设计与实现
在TDC-1综合信号装置自动测试系统中,针对模拟ARINC429航空总线进行脱机检测这一关键技术,设计了基于8位单片机的新型自动测试子系统.设计中严格遵循ARINC429规范,采用429专有芯片HS3282和HS3182完成模拟信号收发工作,单片机完成部分信号控制与处理,虚拟仪器完成软件开发.该系统为ARINC429输入信号的产生提供了简单实用的`方法,在航电系统中具有典型性和实用性.
作 者：杨雪梅 张（R风） 卢胜 Yang Xuemei Zhang Fan Lu Sheng 作者单位：杨雪梅,Yang Xuemei(炮兵学院研究生系四十一队,合肥,230031)张（R风）,卢胜,Zhang Fan,Lu Sheng(炮兵学院炮兵信息工程系,合肥,230031)
刊 名：电子测量技术 ISTIC英文刊名：ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY 年，卷(期)： 31(1) 分类号：V241.07 关键词：ARINC429 航空总线 串口 虚拟仪器篇3：航空电子蓝图系统实时性设计
航空电子蓝图系统实时性设计
在新一代先进综合航空电子系统体系结构中,采用蓝图系统来完成航电系统结构的描述;针对蓝图系统进行实时性保障研究,是对蓝图系统展开研究的一个重要方面.首先探讨了蓝图系统的`结构,在此基础上分析了任务在航空电子系统中的加载和运行模式,并针对6种典型运行模型,给出了蓝图系统实时性保障的判定定理,最后通过计算机仿真验证的方式对这6种典型运行模型的可调度性进行了分析和对比.
作 者：宋丽茹 何锋 熊华钢 SONG Liru HE Feng XIONG Huagang 作者单位：宋丽茹,SONG Liru(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京,100191;空军第一航空学院,河南,信阳,464000)何锋,熊华钢,HE Feng,XIONG Huagang(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京,100191)
刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 17(6) 分类号：V247 TP316 关键词：航空系统工程 航空电子 蓝图系统 实时性篇4：基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现
基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现
摘要：介绍了基于USB总线的实时数据采集系统的USB设备固件程序、驱动程序、应用程序的设计与具体实现。关键词：通用串行总线 实时数据采集 设备固件 驱动程序
在现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真?熏易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，(本网网收集整理)可扩展性差。而通用串行总线USB（Universal Serial Bus）的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势。
1 系统硬件设计与实现
1．1 硬件总体结构
基于USB总线的实时数据采集系统硬件组成包括模拟开关、A／D转换器、单片机、USB接口芯片，其硬件总体结构如图1所示。多路模拟信号经过模拟开关传到A／D转换器转换为数字信号?熏单片机控制采集，USB接口芯片存储采集到的数据并将其上传至PC，同时也接收PC机USB控制器的控制信息。
1．2 PDIUSBD12芯片
USB接口芯片采用Philips公司的一种专用芯片PDIUSBD12（以下简称D12）。该芯片完全符合USB1．1规范，集成了SIE、320B的多配置FIFO存储器、收发器、电压调整器、SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等，支持双电压工作、完全自动DMA 操作、多中断模式，内部结构如图2所示。
单片机通过8位并行接口传送经过A／D转换的采集数据，存储在FIFO存储器中。一旦存满，串行接口引擎SIE立刻对数据进行处理，包括同步模式识别、并／串转换、位填充／不填充、CRC校验、PID确认、地址识别以及握手鉴定，处理完毕后数据由模拟收／发器通过D＋、D－发送至PC。上述过程遵循USB1.1协议。D12与89C51的具体实现电路如图3所示。
2 系统软件设计与实现
系统软件包括USB设备固件编程、驱动程序和应用程序。其中设备固件是整个系统的核心，它控制芯片D12采集数据、接收并处理USB驱动程序的请求和应用程序的控制指令。
2．1 USB设备固件程序设计与实现
设备固件是设备运行的核心，用C语言设计。其主要功能是控制A／D模块的数据采集；接收并处理驱动程序的请求，如请求描述符、请求或设置设备状态、请求设备设置、请求或设置设备接口等USB1.1标准请求；控制芯片D12接收应用程序的控制指令等。其程序主框图如图4所示。单片机检测到D12后进入主循环。此时PC机先发令牌包给D12，D12接收到令牌包后给单片机发中断，单片机据中断类型设定标志位Status；最后执行相应标志位的中断服务程序。单片机通过A／D模块的中断入口控制A／D模块的数据采集。
2．2 驱动程序设计与实现
USB系统驱动程序采用分层结构模型：较高级的USB设备驱动程序和较低级的USB函数层。其中USB函数层由通用串行总线驱动程序模块（USBD）和主控制器驱动程序模块（HCD）组成。
图3 PDIUSBD12与89C51的具体实现电路
为使驱动程序具有通用性，也为简化应用程序的'开发，编写了供应用程序调用的动态链接库。这样应用程序只需调用此库提供的接口函数即可完成对USB设备的操作。USB函数层（USBD及HCD）由Windows98提供，负责管理USB设备驱动程序与USB控制器之间的通信、加载及卸载USB驱动程序等。目前Windows98提供的多种USB设备驱动程序并不针对实时数据采集设备，因此采用DDK开发工具设计专用的设备驱动程序。其由四个模块组成：初始化模块、即插即用管理模块、电源管理模块以及I／O功能实现模块。
初始化模块提供一个DriverEntry入口点执行一系列的初始化过程。
即插即用管理模块实现USB设备的热插拔及动态配置。当Windows98检测到USB设备接入时，查找相应的驱动程序，并调用它的DriverEntry例程，PnP管理器调用驱动程序的AddDevice例程，告诉它添加了一个设备；然后驱动程序为USB设备建立一个功能设备对象。在此过程中，驱动程序收到一个IRP＿MN＿START＿DEVICE的IRP，包括设备分配的资源
信息。至此，设备被正确配置，驱动程序开始与硬件进行对话。电源管理模块负责设备的挂起与唤醒。
I／O功能实现模块完成I／O请求的大部分工作。当动态链接库提出I／O请求时调用Win32API函数DeviceToControl向设备发出命令；然后由I／O管理器构造一个IRP并设置其MajorFunction域为IRP＿MJ＿DEVICE＿CONTROL。USB设备驱动程序收到该IRP后取出其中的控制码，并利用一个开关语句找到对应的例程入口。
2．3 应用程序设计与实现
应用程序采用Visual Basic6．0编写。由于其只需调用动态链接库，故开发较简单。主要功能包括检测USB设备、开启／关闭USB设备、设置A／D状态和数据采集端口、显示并分析实时采集的数据。主框图如图5所示。
由于D12的端点1的FIFO为16字节，端点2的FIFO为64字节，当缓冲区存满后自动将数据打包，由SIE自动发送数据包。程序获得数据包后需延迟至下组数据包准备完毕，从而保证程序与数据采集同步。另外程序还发出停止采集和关闭USB设备的命令。
3 系统特点
基于USB总线的实时数据采集系统严格遵循USB1．1协议，有以下特点：
（1）易于扩展。最长传输距离5m，采用USBHub可达30m；最多可同时接127个设备。
（2）电磁干扰影响极小。本系统放置在计算机外部，不受板卡间的电磁干扰影响；若在电磁干扰极强的环境下工作，需专门为其设计电磁屏蔽方案。
（3）安装方便，支持即插即用。克服了以往数据采集板卡需要打开机箱的麻烦。
（4）性价比高，远优于传统的实时数据采集系统。
（5）实时采集，实时显示
篇5：基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现
基于USB总线的实时数据采集系统设计与实现
摘要：介绍了基于USB总线的实时数据采集系统的USB设备固件程序、驱动程序、应用程序的设计与具体实现。关键词：通用串行总线 实时数据采集 设备固件 驱动程序
在现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。目前通用的通过数据采集板卡采集的方法存在着以下缺点：安装麻烦，易受机箱内环境的干扰而导致采集数据的失真?熏易受计算机插槽数量和地址、中断资源的`限制，可扩展性差。而通用串行总线USB（Universal Serial Bus）的出现，很好地解决了上述问题，很容易实现便捷、低成本、易扩展、高可靠性的数据采集，代表了现代数据采集系统的发展趋势。
1 系统硬件设计与实现
1．1 硬件总体结构
基于USB总线的实时数据采集系统硬件组成包括模拟开关、A／D转换器、单片机、USB接口芯片，其硬件总体结构如图1所示。多路模拟信号经过模拟开关传到A／D转换器转换为数字信号?熏单片机控制采集，USB接口芯片存储采集到的数据并将其上传至PC，同时也接收PC机USB控制器的控制信息。
1．2 PDIUSBD12芯片
USB接口芯片采用Philips公司的一种专用芯片PDIUSBD12（以下简称D12）。该芯片完全符合USB1．1规范，集成了SIE、320B的多配置FIFO存储器、收发器、电压调整器、SoftConnect、GoodLink、可编程时钟输出、低频晶振和终端电阻等，支持双电压工作、完全自动DMA 操作、多中断模式，内部结构如图2所示。
单片机通过8位并行接口传送经过A／D转换的采集数据，存储在FIFO存储器中。一旦存满，串行接口引擎SIE立刻对数据进行处理，包括同步模式识别、并／串转换、位填充／不填充、CRC校验、PID确认、地址识别以及握手鉴定，处理完毕后数据由模拟收／发器通过D＋、D－发送至PC。上述过程遵循USB1.1协议。D12与89C51的具体实现电路如图3所示。
2 系统软件设计与实现
系统软件包括USB设备固件编程、驱动程序和应用程序。其中设备固件是整个系统的核心，它控制芯片D12采集数据、接收并处理USB驱动程序的请求和应用程序的控制指令。
2．1 USB设备固件程序设计与实现
设备固件是设备运行的核心，用C语言设计。其主要功能是控制A／D模块的数据采集；接收并处理驱动程序的请求，如请求描述符、请求或设置设备状态、请求设备设置、请求或设置设备接口等USB1.1标准请求；控制芯片D12接收应用程序的控制指令等。其程序主框图如图4所示。单片机检测到D12后进入主循环。此时PC机先发令牌包给D12，D12接收到令牌包后给单片机发中断，单片机据中断类型设定标志位Status；最后执行相应标志位的中断服务程序。单片机通过A／D模块的中断入口控制A／D模块的数据采集。
[1] [2] [3]
篇6：AT89C52单片机与ARINC429航空总线接口设计
AT89C52单片机与ARINC429航空总线接口设计
摘要：DEI1016是一种可支持ARINC429航空总线协议的串行接收、发送器件。文中介绍了DEI1016的主要功能和工作原理，给出了DEI1016的数据收发过程，同时重点介绍了DEI1016与AT89C52单片机接口电路的设计方法。关键词：DEI1016；接收；发送；接口设计；AT89C52
1DEI1016的主要功能
DEI1016是DeviceEngineeringIncorporated生产的一种可支持ARINC429航空总线协议的串行接收、发送器件。该器件的主要功能如下：
●串行数据字长为32或25位；
●串行数据速率为100kbps或12．5kbps；
●具有独立的收、发电路；
●两个独立的接收器可直接与ARINC429总线接口；
●具有串／并接收数据转换，和并／串发送数据转换功能；
●对接收的数据可进行奇偶状态校验；并可对发送数据奇偶状态进行设置；
●可自动产生字与字之间的间隔；
●采用单一＋5V供电。
2DEI1016的工作原理
DEI1016的引脚功能及特点以前已有介绍，现仅对该器件的工作原理作以描述。
2．1DEI1016的复位及初始化
电路上电后，首先在MR引脚施加200μs的低电平脉冲以使DEI1016复位，然后把控制字写到16位数据总线上，这样，在LDCW引脚施加低电平便可把控制字写入到控制字寄存器，尔后便可接收和发送数据。
2．2DEI1016的数据发送过程
DEI1016的数据发送时序如图1所示。发送数据时，首先应查询TXR引脚是否为高电平，若是高电平，表明发送存储器已空；此时置ENTX引脚为低电平可停止发送数据，并把要发送的数据写到16位数据总线上。之后，若要发送数据字1，则置LD1为低，LD2为高；若发送数据字2，则置LD1为高，LD2为低?此时再查询TXR引脚是否为低电平，若为低电平，表明发送数据已装载到存储器中，此时再置ENTX引脚为高电平即可发送数据。DEI1016的发送存储器最多可装载8个32位字长的数据，DEI1016采用的是先进先出的发送顺序。
2．3DEI1016的数据接收过程
DEI1016的数据接收时序如图2所示。当接收器1接收到数据后，系统会置DR1为低电平；而当接收器2接收到数据后，系统将置DR2为低电平。欲使接收器1将接收数据的字1送至16位数据总线上，应先置SEL为低电平，再置OE1为低电平且置OE2为高。而后再置SEL为高电平，便可将字2送至16位数据总线。要使接收器2的数据送至16位数据总线上，则置OE2为低电平，OE1为高电平即可。
表174LS373功能表
输出控制OE使能G输入D输出QLHHHLHLLLLXQoHXXZ
3AT89C52与DEI1016的接口设计
AT89C52（U1）8位微控器与DEI1016的16位数据总线进行数据交换时，必须先利用锁存器来锁存数据。其接口电路框图见图3。发送数据时，U1先把要发送的数据分成低8位和高8位送出，并进入U3、U4锁存，尔后再把16位数据一同送至DEI1016?U2?的数据总线上。U3、U4、U5、U6均选用74LS373芯片，它们的内部均由D锁存器和三态输出门组成，其功能表如表1所列。当OE为低电平，且G为高电平时，输出Q与输入D之间为直通方式。而当OE为高电平，且G由高电平跳变为低电平后，D端输入数据被D锁存器锁存，之后即使D端（P0口）输入数据再发生变化，也不会影响已锁存的数据。如果OE为低电平，系统将输出原先锁存的数据。为了锁存低8位数据，需要由U1的.WR和地址选通信号Y7（由译码器U7译出）经或非门U8去控制U3的G端。实际上，只有U1在执行写操作时，WR和Y7才同时为低电平，而此时低8位数据才能被U3暂时锁存。高8位数据的锁存与此类似M，U1的P3．4由高变低可打开U3、U4的输出门，从而使U3、U4把数据送至U2的数据总线，当U1的P1．3或P1．4由高变低以把16位数据装入发送存储器后，P3．4会由低变高，此时U3、U4输出为高阻抗状态，但不会影响U2的数据输出状态。其发送程序如下：
movdptr，＃e000h
mova，＃d1l；取字1的低8位
movx＠dptr，a；把字1的低8位锁入U3
movdptr，＃c000h
mova，＃d1h；取字1的高8位
movx＠dptr，a；把字1的高8位锁入U4
clrp3．4；打开U3、U4的输出
nop
clrp1．3；字1数据装入DEI1016
nop
setbp3．4；关闭U3、U4的输出
setbp1．3
movdptr，＃e000h
mova，＃d2l；取字2的低8位
movx＠dptr，a；把字2的低8位锁入U3
movdptr，＃c000h
mova，＃d2h；取字2的高8位
movx＠dptr，a；把字2的高8位锁入U3
clrp3．4；打开U3、U4的输出
nop
clrp1．4；字2数据装入DEI1016
nop
setbp3．4
setbp1．4
用U1接收数据，应将DR1、DR2及TXR经与门U13接至U1的INT0，在INT0口产生中断后，U1便执行读操作，并通过RD和Y5控制U14、U15以读入DR1、DR2及TXR的状态。U2接收到数据或发送数据完毕后，即向U1的INT0口申请中断，并在中断程序中判断DR1、DR2及TXR的状态。TXR为低表明发送完毕，而DR1或DR2为低则表明已收到数据。此时可置P1．2（SEL）为低电平，同时也置P1．0（接DEI1016的OE1）或P1．1?接DEI1016的OE2?为低电平，以使字1的数据出现在数据总线上，而使P1．0、P1．1经U11异或后输出以使U5、U6的G端为高电平，从而把数据锁入U5、U6。由于RD分别与Y7、Y6相或后的输出是与U5、U6的OE门相连接的，因此，U1执行读操作时，应先后打开U5、U6的OE门来把数据读入。其接收程序如下：（以接收器1为例）。
clrp1．2；置DEI1016的SEL＝0，读字1
clrp1．0；置DEI1016的／OE1＝0
setbp1．1；置DEI1016的／OE2＝1
nop
movdptr，＃e000h
movxa，＠dptr；把字1的低8位读入
mov10h，a
movdptr，＃c000h
movxa，＠dptr；把字1的高8位读入
mov11h，a
setbp1．2；置DEI1016的SEL＝1，读字2
nop
movdptr，＃e000h
movxa，＠dptr；把字2的低8位读入
mov12h，a
movdptr，＃c000h
movxa，＠dptr；把字2的高8位读入
mov13h，a
setbp1．0；置DEI1016的／OE1＝1
setbp1．1；置DEI1016的／OE2＝1
setbp1．2；置DEI1016的SEL＝1
图3
DEI1016的两路接收可能产生同时接收的现象。即在上述两路共用一个中断源时，如果某一路申请中断已进入接收程序，那么另一路同时接收的数据就可能被屏蔽。解决方法是：进入中断程序后，在接收数据过程中再查询另一路DR的状态。当然，如果每路单独使用一个中断源，效果将会更好。
4结束语
实际上，上述AT89C52与DEI1016的接口电路经改进也可以应用到其它16位数据总线接口的电路中，而如果用ISP器件替代锁存器及其门电路，还可大大减小电路板的面积。
篇7：电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现
摘要：将现代虚拟仪器技术应用于电动机性能并测试领域，可充分发挥虚拟仪器技术开发效率高、灵活性和兼容性强以及可重用度高的特点。设计并实现了多路并行电动机的在线测试系统；使用PID控制算法控制定标参量，通过TCP／IP协议实现了测试数据的远程共享和用户对测试系统的远程操控。
关键词：虚拟仪器 电动机测试 PID TCP／IP
随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助测试(CAT)系统在电机行业得到了普及[1]。现代虚拟仪器技术引入电动机测试领域后，通过虚拟仪器应用软件将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，实现了传统仪器功能的软件化与模块化，从而达到了自动测试与分析的目的[2]，大大缩短了系统开发周期，降低了系统开发成本。
本文设计的电动机性能虚拟仪器测试系统采用Na―tional Instruments公司的LabVIEW和LabVIEW RT虚拟仪器软件平台以及与其配套的PCI、SCXI和compactFieldPoint(cFP)虚拟仪器硬件来完成。该系统实现了多路电动工具性能的并行测试；可自动完成电动工具负载控制以及对扭矩、转速、功率及机体温度的实时监控；并且通过TCP／IP协议实现了测试数据的远程共享和用户对测试系统的远程操控。
1 系统组成及工作原理
1．1 系统组成
电动机性能虚拟仪器测试系统主要由主控机、实时监控模块、测功机以及待测电机四部分组成，如图1所示。
主控机为一台工作站，用于提供图形化用户界面，完成对系统软硬件的配置和设置，并实时更新各指标参量对时间的波形显示和经曲线拟合后的电动机特性曲线，最后完成测试数据的记录工作。与此同时，主控机还通过嵌入式PCI数据采集卡完成对非控制参量(如输入电压和工作电流)的测量工作。
(本网网收集整理)
实时监控模块由两套cFP分布式I／O系统组成，通过TCP／IP协议与主控机通信，从主控机获得控制命令控制测功机，并将从测功机采集来的数据交由主控机处理。其中，模块A用于完成实时自动加载和控制指标参量的测量，并提供过载保护、紧急停车以及非法停机后的系统重建等应急措施；模块B用于对待测电机体表温度进行实时监测。
测功机有磁滞和磁粉两类，用于为待测电机提供负载，并由其内部的传感设备将待测电机在该负载下的扭矩、转速以及输出功率等待测指标参量转换为cFP实时监控模块A可以接收的电压信号。
1．2 工作原理
电动机性能虚拟仪器测试系统可在两种工作模式下运行：自动工作模式和手动工作模式。主要测试项目有：输入电压、输入电流、输入功率、扭矩、转速、输出功率、机体表面温度、机体内部温度等。
自动工作模式下，主控机首先等待用户完成软硬件的设置和配置，然后提请用户选择负载测试或定参数测试。负载测试下，用户需要设置负载曲线、负载时间、循环时间以及测试时间等测试参数；定参数测试下，用户可以选择指定扭矩、转速或者功率，并设置相应的定标参数、控制参数以及测试时间。完成以上步骤以后，就可以启动测试程序，测试系统即按照用户制定的负载自动加载，同时完成对待测电机的性能测试；或者通过一定的控制算法保持定标参数的稳定，并对该状态下的待测电机进行自动测试。系统运行的同时，用户可以在实时监测图表中观察各指标参量对时间的波形显示和经过曲线拟合后得到的电动机特性曲线，并可将感兴趣的图表导出存盘。当测试时间到时，系统自动终止测试。
手动工作模式下，系统工作原理与自动工作模式基本类似，只是系统不进行循环测试，而是提供一种交互式的测试环境；完成指定的测试项目后，等待用户的进一步操作。
2 硬件结构
篇8：电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现
2．1 主控机
主控机选用一台工作站，内嵌了一块PCI-6052多功能数据采集卡和一块PCI-4070高精度柔性数字万用表卡。PCI-6052多功能数据采集卡前置了两块SCXI―1120信号调理卡和配套的SCXI-1327衰减终端，用于采集多路待测电机工作电压和工作电流的输入信号；PCI-4070高精度柔性数字万用表卡前置了一块SCXI―1127多路开关卡和配套的SCXI―1331多路接线终端，用于扫描多路待测电机的转子绕组，并根据相应算法测得电机内部转子温度。
2．2 实时监控模块
实时监控模块选用cFP分布式I／O实时系统，该系统具有FIFO数据队列、断电数据缓存、看门狗状态监测等单元以及高抗冲击性和高抗扰性等特性[3]，用于完成系统最核心的实时采集与控制功能。
采用cFP-2020作为实时系统控制器，支持Lab-VIEW RT实时模块，可脱离LabVIEW编程环境独立实时地运行下载到控制器存储器中的应用程序，并通过控制器内嵌的10／100Base TX以太网接口实现测试数据的网络共享。
cFP DI-330用于响应紧急停车开关、紧急关闭系统，防止意外事故的发生；cFP DO-403用于控制与各待测电机相连的固态继电器SSR，实现对工作电路的闭合或断开；cFP AO-210用于为测功机提供加载信号，控制待测电机所承受的负载，并在该负载下对电动机进行测试；cFP AI-210用于采集测功机输出的代表扭矩的电压信号，进而测量出待测电机实际的扭矩；cFP―CTR-502用于采集测功机输出的代表转速的TTL电平信号，进而测量出待测电机实际的转速。
2．3 实时测温模块
实时测温模块同样选用cFP分布式I／O实时系统。采用cFP-2020控制器，配以四块cFP TC―120 8通道热电偶模块，可直接用于测量标准J型热电偶，并提供相应的信号调理、输入噪声过滤、冷端补偿以及热电偶的'温度的算法，用于在电动机工作端实施前端数据采样，并利用基于TCP／IP协议的分布式I／O的网络共享功能实现数据的远程共享。
2．4 测功机
测功机是根据作用力与反作用力平衡的原理设计的[4]。当被测电机旋转带动测功机的转子旋转时，测功机转子切割磁力线产生电枢电流，并和磁通相互作用产生制动扭矩；同时测功机定子受到一个相反方向的扭矩作用，在测功机传感器轴上产生压应力，通过在传感器轴上粘贴电阻应变片，再将应变片接入一定的桥式电路就能将压应力的变化转化为电压信号，从而测量出扭矩的大小。
图4
电机转速的测量使用光电式转速传感器。在电机轴上装一个边缘有N个均匀分布锯齿的圆盘，使光线投射到光敏管上，当电机转动一周，就得到N个脉冲信号，测量脉冲信号的频率或周期，就可得到电机的转速。
这里使用了磁滞和磁粉两种类型的测功机。磁滞测功机扭矩测量范围相对较小，最大扭矩为10N．m，但转速较大，最大转速为12000rpm；磁粉测功机扭矩测量范围较大，最大扭矩为20N．m，但转速测量范围较小，最大转速为4000rpm。两种类型的测功机互为补充，可适用于多种类型的电动机性能测试。
2．5 控制机柜
控制机柜主要由控制开关、开关电源、滤波器以及连接线路组成，为各路传感模块提供相应的多路接口，使之与待测电机连接，并提供安全的系统供电、激励注入、信号隔离、幅度调节以及风冷控制等辅助功能，为整个电动机测试系统提供强电支持及系统应急措施。
3 软件结构及算法
3．1 软件结构
电动机性能虚拟仪器测试系统总体采用一种基于TCP／IP协议的客户机／服务器(CS)结构。服务器架构为cFP分布式I／O体系，利用其内嵌的独立式实时系统实现目标参量的信号采样，并完成对目标参量的实时监测和控制；客户机则采用通用的PC机结构，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。
图5
其软件结构框图如图3所示。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及数据采集，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
本系统试验了位置式、增量式和积分分离式[5]三种PID控制算法。
3．2．1 位置式控制算法
位置式PID控制算法描述为：
其中，k＝0，1，2……为采样序号；u(k)为第k次采样时刻的计算机输出值；e(k)为第k次采样时刻输入的偏差值；置KI＝KpT/TI为积分系数；KD＝KpTD/T为微分系数；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；T为采样周期。
该算法的优点是原理简单、易于实现；缺点是每次输出均与先前状态有关，要对e(k)进行累加，运算工作量大，而且输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。
3．2．2 增量式控制算法
增量式PID控制算法描述为：
△u(k)＝Kp△e(k)+KIe(k)+KD△e(k)-△e(k-1)]其中，△e(k)＝e(k)-e(k-1)。
该算法的优点是：由于计算机输出增量，误动作时影响小；当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号锁存作用，故仍能保持原值。控制增量△u(k)的确定仅与最近k次的采样值有关，易通过加权处理而获得较好的控制效果。其不足之处为：积分截断效应大、有静态误差、溢出的影响大。
3．2．3 积分分离式控制算法
积分分离PID控制算法描述为：
当｜e(k)｜>ε时，即偏差值｜e(k)｜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｜e(k)｜≤ε时，即偏差值｜e(k)｜比较小时，采用PID控制，可保证系统的控制精度。
图4所示为三种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。
4 性能评估
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负载控制以及对扭矩、转速、功率以及温度的实时监测，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组，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中，实际使用运行稳定可靠，适用于多种类型的电动机耐久性和综合性能测试。图5所示为实验测得的某电动机特征曲线，其中横轴为扭矩。图中还标出了转速曲线、功率曲线以及电流曲线。
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