一种基于虚拟仪器的变频器测试系统的设计与研究

陕西科技大学硕士学位论文种基于虚拟伩器的变频器测试系统的设计与研究姓名：高希明申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动导教师：孟彦京20090601rvA MEASUREMENT SYSTEM OF INVERTER BASED ON VIRTUAL INSTRUMENTABSTRACTThe speed control system of AC frequency conversion and relevant technology has become development trend of current electric transmission. The general inverter plays the most important role of speed control system of AC frequency conversion as the steady and highly precise device. The industry development will be affected directly by the quality performance and reliability of this device. So the demand of accuracy, efficiency, cost and maneuverability is higher and higher. But the measuring instrument being used now is difficult to meet the demand, so it is urgent to develop a new-style measuring instrument. Thereby the research of testing system has become the important task for the global manufactory of inverter.Aim at the testing item required of inverter, a kind of measurement system based on virtual instrument technical has been researched, which change a traditional test method of inverter, make the strong computing processing ability of computer and the measurement and control capability of instrument equipment hardware combine together. Make the inverter test system high precision, adaptability, solid the hour, miniaturization, the network turn, convenience the spot of usage.This text make detailed introduction of total design from the whole design of system, the hardware selection, to software design. On hardware, the high speed and multi-function data acquisition cards (PCI6024E) based on PCI bus and signal modules belong to SCXI series of NI Company are adopted. Many kinds of sensor are used to measure different type of single. On software, the development tool named Lab VIEW and the modularization method of program design named from top to bottom are adopted. User interface is friendly and simple. It is convenience to understand for operator. Low pass filter in hardwareand digital filter in software are adopted together to ensure the truth of sampling signal.Research and practice indicates that Virtual Instrument has the ability of producing signal, data acquisition, displaying time domain wave, memorizing data and wave, playing back wave, printing, measuring parameter, processing signal, analyzing spectrum, displaying frequency domain wave, and so on. The system shows working stability. Meanwhile this system can test all twelve kinds of inverter and for every model it can complete twenty five functions testing. It can auto-output the analysis result and can analyze the harmonic of the output waveform. This system decreases the cost (below the 50 percent of normal testing system), increases the testing efficiency (about 3 times quicker than the primary system). Besides this system is an open system. It is easy to update and improve the anti-jamming ability.KEY WORDS: inverter, measurement system, virtual Instruments, Lab VIEW一种$于虚.拟彳器的变频器测试系统的设计与研究原创性声明及关于学位论文使用授权的声明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：；例日期：200 ?年Z月关于学位论文使用授权的声明本人完全了解陵西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陵西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提 供信息服务。论文作者签名：某叫导师签名：爹日期：200丨年/f月引言工业进步带动现代化技术的发展和进步，现代化技术的进步以计算机技术的进步为 代表，不断革新的计算机技术，从各个层面上影响并引导着各行各业的技术更新，使仪 器仪表在许多方面突破了传统的概念，70年代将微处理器引入仪器的设计中，出现了智 能仪器；80年代后计算机技术、通信技术的飞速发展，以及虚拟现实的引入，产生了虚 拟仪器技术。1. 1研究的背景和意义近几年，测试技术不断随着计算机技术的发展在不断地提高和发展，在工程技术领 域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能试验等都离不开测试技术。特 别是在近代工程技术中广泛应用的自动控制技术已经越来越多地运用测试技术，测试装 置已经成为控制系统的重要组成部分。变频调速作为一种肯定的系统已广泛应用于各类调速传动装置，变频器调速装置取 代直流调速装置已成为必然趋势，在一些生产机械上使用变频调速已成这些机械更新换 代的一种标志。变频调速具有调速范围宽、精度高、效率高和功率因数高、可靠性好、 操作方便及便于同其它设备接口等优点，一般而言，工业用风机、栗和压缩机等通用机 械上使用变频器调速装置，将可以节电+30%左右，因此变频器有着巨大的市场潜力。变 频器性能测试是保证变频器质量的重要环节，为此必须在各生产工序进行检查性试验， 主要目的是检验变频器的电气性能和机械性能。出厂试验是型式试验的部分内容，是对 型式试验的简化，主要应用于成熟产品出厂合格性检验。早期变频器的测试都是靠人用各种仪器仪表来手动测试，这种自动化程度不高，使 用设备相对落后的变频器测试系统不仅增加了工作人员的劳动强度，延长了实验时间， 增加了能源的消耗，还使测试的质量和实验的成功率受到比较大的影响。基于上述原因， 研究开发一套用计算机统一管理和控制的测试系统是各个变频器厂家急于解决的问题。 但是现有测试仪器一般不具备上述的各项功能，如果釆用计算机技术同仪器技术相结合 的虚拟仪器(Virtual instrument缩写为VI)技术，就可以实现上述功能，它由用户定制 功能，依靠软件的强大数据处理能力，可以解决现有测试仪器釆样速度低、存储容量小、 显示功能单调、非正弦电参量的测量误差大、数据分析处理能力欠缺等问题，所以虚拟 仪器技术完全满足上述的功能要求。-种基丁 虚拟仪器的变频器测试系统的设计与研究因此，本文选择构建的这种基于虚拟仪器的变频器测试系统，可以改变传统的变频 器测试方法，把计算机强大的计算处理能力和仪器设备硬件的测量、控制能力结合在一 起，实现变频器测试系统的高精度、适应性、实时性、小型化、一体化、智能化、网络 化，方便了制造工厂和维修现场的使用；同时该系统是一个开放性系统，易于扩展，而 且可以大幅度提高抗干扰能力和工作效率。它的开发成功将有助于实现辅助变频器测试 自动化，解决长期以来变频器测试和维修中存在的种种问题。1.2传统的变频器测试方法及存在的问题我们对原有的变频器测试系进行了分析，传统的变频器性能测试由3个功能模块组 成：信号的采集与控制单元、信号的分析与处理单元、结果的表达与输出单元。由于这 些模块基本上是由硬件或固化的软件形式存在，仪器只能由生产厂家来定义、制造，因 此传统仪器设计复杂，灵活性差，没有摆脱独立使用、手动操作的模式，整个测试过程 几乎仅限于简单的模仿人工测试的步骤，在一些较为复杂和测试参数较多的场合下，使 用起来很不方便。传统的测试是利用电压表、电流表、功率表等仪表，釆取测试工人手 动进行接线测量、读数、记录等操作来进行的。传统的变频器性能测试存在以下缺陷：第一，因每个仪表完成的测试任务单一，故所需仪表较多，仪表的购置、维修等费 用高，变频器的性能测试涉及很多方面，包括直流电压电流、交流电压电流、频率功率 效率等需要多种仪表进行测试，仪表必须满足测量精度的要求才能得到较好的测试结果。 这就需要仪表有较高的测量精度，从而使测量设备的成本较高；同时仪表工作一段时间 后可能会有故障，维修或更换也需要一定的费用。第二，由工人手动进行操作，测试速度慢测试效率低，每测量一台变频器需要接十 几个工人跟线，需要测几十个端子和二十几个数据，有的线在测量过程中还要换接在其 它地方，所以手工操作的话在接线上就要花费一定时间，工人读表记录也要花费大量的 时间，读表和记录一般不能靠一个人同时进行，所以往往要两个工人进行测量，既浪费 时间，又浪费人力；另外手动进行高压的测量，本系统最高直流电压为800V,最高交 流电压为380V,存在一定的危险性。第三，由于人工和仪表都会对测量结果带来偶然误差，测量的准确性很难保证。当 工人疲劳时容易出现读数错误或记录错误等误差现象，仪表错误也会出现测量结果的不 准确。所以，传统的变频器测量方法存在成本高效率低误差大等缺点必然需要一种新的 测量方法将其取代。1. 3变频器测试方法的智能化发展趋势由于传统的变频器测试系统在技术方面、管理方面的确存在着很多的弊端，已经不 能适应信息时代下的测控技术跨越式发展的需要。为了解决传统的变频器测试装置存在 的种种问题，各类智能化测试变频器设备纷纷应运而生。变频器测试仪器经历了模拟仪 器、数字化仪器和智能仪器三个阶段。模拟仪器的基本结构是电磁机械式的，釆用模拟 器件组成各种电路，精度低、速度慢、适应性差；而数字化仪器如数字转速表等，主要 由数字电路来实现，在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。 随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展，出现了以微机为核心的智能仪器，但 由于其是以功能模拟的形式存在的，无论开发还是应用，都缺乏灵活性。20世纪80年 代后期，微机性能得到极大提高，而且测试分析的通用软件开发平台的成功应用，使得 虚拟仪器应运而生。利用虚拟仪器技术，用户可以自定义伩器的功能，创建32位编译程 序，从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。虚拟仪器技术目前在国外发展很快【ii,从二十世纪70年代的GPffi,到80年代出现 VXI,再到90年代出现的PCI总线成为主流产品，直到1997年NI公司推出了 PXI总线 测试平台，目前是多种平台共存的状态。以美国国家伩器公司(NI公司)为代表的一批厂 商已经在市场上推出了基于虚拟器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统 及其图形编程语言，已作为理工科学生的一门必修课程。美国的斯坦福大学等许多工科 类大学的机械工程系、子类专业都要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数 据采集和实验控制。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软 件，以便使用者用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编 制测试软件。在国内，目前凌华、研华、研祥等诸多工控公司也纷纷踏入到虚拟仪器硬件的行业 中来，开发以虚拟仪器开发平台的测控系统。因此有专家预测：未来的几年内我国将有 超过95%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状 况进行实时监测和监控。虚拟伩器技术的提出与迅猛发展，标志着本世纪自动测试、测 控与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。随着微型计算机的发展，虚拟仪器系 统将会逐步取代传统的测试、测控仪器系统而成为测试、测控仪器系统的主流。1. 4虚拟仪器技术概述测试技术与科学研究、工程实践密切相关。科学技术的发展促进测试技术的发展， 测试技术的发展反过来又促进科学技术的提髙。测量仪器发展至今，大体经历了四代发 展历程。第一代模拟仪器是以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。当20世纪50年 代出现电子管，60年代出现晶体管后，便产生了以电子管或晶体管为基础的第一代测试 仪器一分立元件式仪表。20世纪70年代集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基 础的第三代伩表一数字式仪表。随着微电子技术的发展和微处理器的普及，20世纪80 年代以微处理器为核心的第四代伩器一智能式仪表迅速普及。目前，微电子技术和计算 机技术的快速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里的一场新的 革命，一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器虚拟仪器的出现，它的出现使测试 技术进入一个新的发展纪元。虚拟仪器技术是电子测试和测量领域中的新技术，它以计算机平台为核心，通过软 件将计算机硬件资源与外部设备有机结合，充分利用计算机强大的计算处理能力、存储 和控制能力，从而大大缩小了仪器硬件的成本和体积，缩短了系统开发周期。1.4.1虚拟仪器的概念虚拟仪器，virtual instruments简称VI是美国国家仪器公司national instrument简称 NI基于“软件即是仪器”的核心思想，于上世纪90年代提出的全新概念，即在以计算 机为核心的硬件平台上，具有虚拟面板，测试功能由用户自定义、由测试软件实现的一 种计算机仪器系统。其实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板， 以多种形式表达输出结果利用工接口设备完成信号的采集与控制，利用计算机强大的软 件功能实现信号数据的运算、分析和处理，从而完成各种测试功能的一种计算机测试系 统。虚拟仪器技术是融合了电子测量、计算机和网络技术的新型测量技术，在降低仪器 成本的同时，使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，是对传统仪器概念的重大突破。 使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样。因此，虚拟仪 器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。1.4.2虚拟仪器的特点虚拟仪器的突出优点是不仅可以利用机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可 以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的测试系统。可以通过与不同的接口总线的 通讯，将虚拟仪器、带接口总线的各种电子仪器或各种插件单元调配并组建成为中小型、 甚至大型的自动测试系统。与传统仪器相比，虚拟仪器有以下特点：1) 虚拟仪器的软硬件具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。为提高 测试系统的性能，可方便地加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不用重新购 买一个全新的系统，这有利于测试系统的扩展。2) 在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。决 定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于虚拟仪器的“软件即是仪器” 的核心思想。3) 仪器的功能是由用户根据实际需要通过软件来定义的，而不是事先由仪器厂商 确定。由于仪器的功能可在用户级产生，所以用户可以根据自己的实际需要，通过修改-种基丁 虚拟仪器的变频器测试系统的设计与研究软件，为虚拟仪器加入新的测量功能而不用购买一台新的仪器。4) 传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作单元，易于导致 许多识别与操作错误。虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板的操作来实现比较 复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的单纯化与面板布置的简捷化， 从而提高操作的正确性与便捷性。同时，虚拟仪器面板上的显示单元和操作元件的种类 与形式不受“标准件”和“加工工艺”的限制，它们是由编程来实现的，设计者可以根 据用户的认知要求和操作要求，设计仪器面板。5) 研制周期较传统仪器大为缩短。6) 由于虚拟伩器技术是建立在当今世界最新的计算机技术和数据采集技术基础 上的，因此技术更新较快，其成本低，测试自动化程度高。虚拟仪器开放、灵活，可与 计算机同步发展，与网络及其它周边设备互联。1.4.3虚拟仪器技术的发展现状数据采集、仪器控制、过程监测和自动测试是实验室研究和工业自动化领域广泛存 在的实际任务。在20世纪80年代初个人计算机出现之前，几乎所有拥有程控仪器的实 验室都釆用贵重的仪器控制器来控制测试系统，这些功能单一、价格昂贵的仪器控制器 通过一个集成通信口来控制ffiEE-488总线仪器(也称为GPIB程控仪器)。后来，随着计 算机的出现，工程师和科学家们找到了一种通过性能价格比高的通用控制台式仪器的方 法，各种基于的计算机的接口板片产品迅速地打开了市场，公司应运而生。到1993年， 公司已经成为世界上PC GPm接口片的最主要供应商。GPm总线事实上已经成为连接 仪器和计算机的通用标准接口。除了不同仪器制造商对正EE-488标准的个别解释不同之 外，用户在物理上配置仪器和仪器系统基本上已没有问题。但仪器控制软件的发展，仍 存在许多问题。当时几乎所有的仪器控制程序都是由BASIC语言编写的。虽然与可读性 差、编程专业性要求更高的机器语言和汇编语言相比，BASIC语言已具有许多优势如简 单、可读性强的命令集和交互能力，但与其他基于文本的高级语言一样，也存在一个根 本问题，即要求使用仪器的工程师和技术人员成为程序员。这些用户必须将其关于仪器 和应用的知识转化成一行行的程序代码，以形成测试程序。这个过程对于那些很少编程 甚至没有编程经验的测试工程师来说，是一个难题。在此形势下，通过几年的不断尝试， 虚拟仪器的概念首先由公司提出，包括以下三方面的创新思想：a 虚拟仪器，简称VI模型，提出测试系统软件由多层构成的思想。一个可由更 低层的多个VI组成，就像真实仪器由印刷电路板组成，而印刷电路板又由集成电路IC 组成一样。底层代表了最基本的软件功能一计算与输入输出I/O操作。虚拟仪器模型的 另一个主要特征就是毎个VI都有一个用户接口组件，即与实际伩器面板对应的软面板。 在当时传统的编程语言里，即使是最简单的命令行用户接口，在核心程序完成后也还要 增加一系列复杂的输入输出语句，更何况是设计复杂的仪器操作面板。但VI前面板概 念模型的提出改变了这一状况。VI前面板接口已成为整个软件模型不可分割的一部分， 用户通过打开VI前面板，即可在系统的任何层次上与VI进行交互性操作，且VI前面 板对象的设计与修改不涉及程序结构和源代码的变化，这使得在程序幵发过程中逐步调 试软件模块和定位编程错误更为方便。b 图形化界面；相对文本界面，更易操作，生动灵活。C 结构化流程图编程，广大工程师设计软件的过程一般是先按照系统要求设计流 程图，再将流程图转化为具体的程序代码，当然此转化过程需要一定的编程基础和技巧。 NI的结构化流程图编程思想就是基于此方法而提出。NI扩展了一般数据流图功能，使 其能处理循环、顺序和条件等程序控制，由提出了结构化数据流程图的编程思想。1) 软件开发平台的发展常用的虚拟仪器系统开发平台分为两种：一种是通用的程序设计语言，如Visual Basic, VisualC+，C +Builder, BorlandC+等，另一种是专用的虚拟仪器开发软 件工具，如NI公司的LabVIEW和LabWindows, HP公司的HP VEE和HP TIG， Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS等，这些软件是各公司专为虚拟仪器研究而设计， 封装了很多仪器驱动程序，大大减少了设计人员的工作量，同时还引入了图形化的接口 界面和开发环境，为用户提供了更为友好的设计平台。下面将结合具体的开发实例进行 探讨研究。在VI模型、图形化界面和结构化数据流图编程等核心思想确定后，于1986 年5月推出了虚拟仪器软件开发平台LABV正WBETA测试版，经过几个月的改进，于 1986 年 10 月正式发布了 LABVDEWl.O 版。LABVIEW1.1 解决了算法问题。LABVIEW2.0 釆用了最新的面向对象编程(OOP)技术，其出现解决了其内在体系存在的局限。 LABVIEW2.0以前的版本都是运行在Macintosh平台上的，LABVffiW3.0在操作系统出 现，32位Windows应用程序设计成为可能后，LABVIEW才实现了从Macintosh平台到 LABVffiW平台的移植。1992年8月，跨平台的LABVffiW2.5问世。1993年1月，增 加了全局与局部变量、属性节点和执行动画特性的LABVIEW3.0正式发行。从 LABVIEW3.0开始，LABVIEW作为一个完整优异的图形化软件开发环境得到了工业界 和学术界的认可，并开始迅速占领市场，赢得了广大用户的青睐。随着不断的改进、新 功能新特性的增加，LABVIEW依次经过了 LABVIEW4.0、7.1、等版本，现最新 版本为 LABVffiW8.2。2) 虚拟仪器的应用及推广80年代以来，公司研制和推出了许多总线系统的虚拟式仪器，成为这类新型仪器世 界第一生产大户。此后，美国的惠普HP公司，Tektronix公司，Racal公司等也相继推出了许多此类仪器，并在短短的十余年便占有了世界仪器市场的10%左右。目前，虚拟仪 器在发达国家己经十分普及。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言，已作为各大学理 工科学生的一门必修课程。21世纪初，世界虚拟仪器的生产厂家已超过千家，其品种将 达到数千种，市场占有率将达50%到左右。虚拟仪器将成为下一世纪仪器发展的方向， 而且有逐步取代传统硬件化电子仪器的趋势。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件，以便使用者 利用这些仪器公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软 件。最早和最具影响的开发软件，是NI公司的LABVIEW软件和LABWINDOWS/CVI 开发软件。LABVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。ABWINDOWS/CVI 是为熟悉C语言的开发人员准备的、在WINDOWS环境下的ANSIC标准开发环境。作 为仪器领域中最新兴的技术，虚拟仪器的开发和研究在国内尚属起步和发展阶段。从90 年代中期以来，国内的清华大学、重庆大学、西安交通大学、西安电子科技大学以及中 科泛华电子科技公司、东方震动和噪声技术研究所等高校和公司，在研究和开发虚拟仪 器产品和虚拟仪器设计平台以及消化吸收等产品方面做了大量工作，其成果己在汽车发 动机检测、自动计量控制系统等方面得到应用。在国内，已有部分院校的实验室引入了 虚拟仪器系统，其中包括上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中科技大学、 四川联合大学等。近年来这些学校在原有的基础上，开发了一批新的虚拟仪器系统用于 教学和科研。其中，华中科技大学机械学院信息所开发出的Inventor可重构虚拟实验台， 深圳市蓝津信息技术有限公司开发出了 Drvi快速可重组虚拟仪器平台，可广泛用于实验 室、工程测控等场合。另外，上海仪器仪表研究所承担了上海市科委下达的虚拟仪器科 技攻关项目，该项目在windows98平台上创建了七十余种的仪器控件，并应用这些控件 组建了虚拟仪器面板，充分体现了虚拟仪器的优越性。该课题“接近国际先进水平，达 到国内领先水平”。浙江大学仪器系在“九五”期间也开发了中文VPP可视化平台，它 们为实现仪器编程提供了便捷的途径。此外，国内己有几家企业在研制虚拟仪器，哈工 大仪器电子有限责任公司的产品已达到一定的批量。其主要产品有数字存储示波器系列、 任意波形发生器及频率计系列、多通道大容量波形记录仪系列。国内专家预测未来的几年内，我国将有的仪器50%为虚拟仪器。国内将有大批企业 使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，虚拟 仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。以Internet为代表的计算机 网络的迅速发展及其相关技术的日益完善，使传统的通讯方式突破了时空限制和地域限 制，大范围的通信变得越来越容易。一个大的复杂测试系统的输入、输出、结果分析往 往分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地 理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。因此，“网络化仪器”的出现成为必然。 “网络化仪器”概念的确立，使人们明确了今后仪器仪表的研发战略，促进并加速了现 代测量技术手段的发展与更新。1. 5基于虚拟仪器的变频器测试的优点由于传统的变频器测试有其固有的局限性，基于虚拟仪器技术的变频器测试系统正 是针对这些局限性而设计的全新的测试仪器。根据以上对于虚拟仪器主要功能和特点的 介绍，不难看出基于虚拟仪器构建的变频器测试系统将具备以下突出优点-1) 采用虚拟仪器，计算机与硬件测试设备之间的数据传输非常方便、直接、快速。 虚拟测试系统集中了交直流电压、电流测量信号频率测量波形显示，频谱分析数字量测 量与控制等多种功能，在传统的测试仪器设备中，测试人员以手工的方式现场记录测试 数据，很容易引起测试误差。对于有些常用的测试仪器，只能对被测对象进行定性分析， 如果需要精确的物理数据，就需要有额外的辅助措施。在应用虚拟仪器技术的测试系统 中，充分利用计算机的存储能力，让测试数据经由计算机总线，传输至计算机内存或硬 盘，数据传输率可以满足测试的实时性要求，也加快了测试过程，这样就很好地解决了 数据的传输和保存问题。2) 在某些情况下，需要根据工程的实际需要实时、直接地对测试数据进行各种分 析与处理，如进行PLC控制、模糊逻辑控制、联合时频分析、FFT、DFT运算等工作， 这在传统仪器中很难做到。在虚拟仪器中，开发人员可以使用现有的分析软件包或通过 自行编制相应软件来满足这一功能要求。在软件开发的过程中采用了高内聚，低稱合的 功能模块化技术添加功能模块非常方便。因此，基于虚拟仪器的变频器测试平台具有高 度的灵活性和可扩展性，升级非常方便。3) 为了使测试过程直观明了，有时需要多种方式显示测试数据、控制过程和分析 结果，在虚拟仪器中，就可以利用计算机的图形用户界面来实现这一目标。本系统具有 强大的图形交互功能，用户可以方便的读数察看波形，借助个人电脑工作平台的海量存 储技术和打印技术，本系统可以让用户储存和打印大量的实测数据和分析数据。4) 此系统整合了一系列的硬件测试仪器的功能，节约了设备的购买维修成本，测 试过程实现了完全的自动化测试，速度快、效率高、避免了人工参与带来的不便和人为 误差，节省了人力资源。5) 数据采集卡的采样率高，使得测试结果准确性高并有自检功能和出错报警功能。由上述可知，与传统的一对一独立测量仪器相比虚拟仪器具有无可比拟的优越性，随着计算机技术的飞速发展和个人电脑平台运算能力的迅速提升，虚拟仪器的优点将会 越来越明显。表1-1将虚拟仪器和传统仪器组成的测试系统进行了比较。功能传统测试仪器虚拟仪器开发和维护费用高低技术更新周期长短性价比低高结构配置，结构固定开放灵活关键硬件软件功能定义厂商用户扩展性只可连接有限仪器可用网络联络周边各仪器功能单一灵活1.6本课题实现目标和主要研究内容作者在变频器生产质量控制领域有实践经验，变频器测试系统的完善和升级一直作 为某公司的重大改造课题，本人参与研究和设计。本论文设计的测试系统主要是针对变频器厂家出厂检验而设计的一套测试系统，对 于变频器的型式试验，可靠性试验等不做探讨。根据对变频器产品各种性能指标及模块 的测试，保证该产品各个部件，各个功能模块在出厂前运行正常，有良好的状态，从而 能够达到设计要求。本论文设计的测试系统适用于小功率段变频器（0.75kw-37kw)的 出厂检测。本文以某公司通用型变频器为对象，构建一种基于虚拟仪器的变频器测试系统，从 测试系统总体设计方案，硬件构成，软件方案设计三个方面做了详细的介绍。1) 分析传统变频器测试系统的现状，指明变频器测试系统以后的发展方向，并重 点介绍虚拟仪器技术在变频器测试系统的应用优势。2) 对变频器质量控制的要求做了详细的分析，在变频器测试的功能要求的基础上 提出了基于虚拟仪器的测试系统的总体要求和方案规划。3) 对系统的硬件设计进行了阐述，详细的分析了从测试对象，传感器，数据采集 到数据调理模块的选型和调试。并详细介绍了软件各功能模块的实现方案。4) 系统设计完成后，对各种型号的变频器进行测量，并用于生产检测中，对系统 进行了验证。虚拟仪器高低技术更新周期短长高性价比低开放灵活结构配置,结构固定软件功能定义扩展性只可连接有限仪器可用网络联络周边各仪器灵活由于工作职责分配的关系，对质量要求和质量控制的方案规划是作者的侧重点，所 以，本文中整个测试系统的方案确定和规划，以及硬件和软件方案设计是本人在该团队 中的主要工作。2.基于虚拟仪器的变频器测试系统对测试系统的设计是指在充分考虑实际生产要求的基础上，对系统的功能、组成、 各部分结构进行设计或选配，以满足系统的设计要求。本测试系统的基本功能是完成对 被测对象(变频器)的参数进行实时测量以及实时波形显示、被测对象状态判断、测试数 据管理等功能，从而判断对象的好与坏。系统通过接口电路将传感器输出信号变换成一 定的标准信号，再将这个标准信号进行采样、显示、记录。 数据采集卡数据处理被测对象信号调理虚拟仪器面板 图2-1虚拟仪器测试系统组成框图 Fig2-1 The constitution of virtual instrument measurement system图2-1所示图为测试系统的组成框图。测试系统可分为三部分：参数测量部分、信 号调理部分和显示记录部分。其中，参数测量部分由传感器来完成，信号调整部分由接 口电路来完成，显示记录部分由PC机来实现。2.1变频器的结构及其特点1”变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的控制装置， 一般用在变频器变频调速的场合，它是在保证变频器原有性能的情况下通过改变变频器 的供电频率和电压的方式实现变频器转速调节的现代电力电子设备。它根据变频器不同 负载可分别实现节能、提高生产效率、提高产品质量、实现自动化、增加设备使用寿命、 并使设备小型化等用途。广泛应用在钢铁、轻工、化学纤维、汽车、变频器机械机床、 食品、