CN115389928A - 一种磁滞动压马达性能测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁滞动压马达性能测试系统，通过数据采集卡实现对反电势波形信号的自动采集，并利用动压马达测试模块根据电机原理转速及摩擦力矩的计算方法得到马达停转滑行整这个过程中的负载力矩、惯性时间、摩擦力矩、接触转速等马达性能参数。本发明还公开了一种基于上述磁滞动压马达性能测试系统实现的测试方法。本发明解决了机械式陀螺仪表整表阶段动压马达性能测试仅依靠惯性时间单一指标且故障诊断难的问题，实现了陀螺仪表动压马达性能测试，具有操作方便简单，数据测试精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号采集及数字信号处理系统，特别是涉及一种磁滞动压马达性能测试系统及测试方法，用于实现机械式陀螺仪表磁滞半球动压马达性能指标的测试及故障诊断，属于马达性能测试技术领域。
背景技术
机械式陀螺仪表主要依靠内部的半球动压马达转子的高速旋转产生陀螺效应，维持陀螺仪和陀螺加速度计正常工作，是陀螺仪表的“心脏”。磁滞半球动压马达性能的好坏直接关系到陀螺仪表的可靠性，是影响机械师陀螺仪表整体性能的重要指标。
机械式的液浮陀螺仪表的动压马达安装在框架上，框架外围包裹一层浮筒，浮筒与仪表外壳体之间充满浮液，通过浮力将浮筒支撑起来，磁滞动压马达安装位置处于陀螺仪表的“心脏”位置，不便于拆卸测试，强行拆卸测试会严重影响陀螺仪表的精度。现有技术中对马达性能的检测主要手段为，在未封入浮筒的单马达阶段及浮子阶段，可以通过反力矩测试仪测试并记录马达启动及停转过程中的同步时间、启动力矩、负载力矩、惯性时间、摩擦力矩等参数，用以评判马达性能的好坏。但当浮子安装于陀螺仪表内部，浮油将浮子与外壳体隔开，反力矩测试仪无法实现动压马达的性能参数的测量。现有技术中主要通过监测马达断电时刻的反电动势并采用秒表计时的方式来测量马达的惯性时间，对于低转动惯量的马达而言，惯性时间短，惯性时间的记录偏差较大，无法实现对机械式陀螺仪动压马达性能的测试及气浮轴承性能的真实评估；W.G.登哈德等编写的惯性元件试验一书介绍了采用爬压方式来测试动压马达的启动难易程度的指标，但是这种测试方式会使得动压气浮轴承的半球和球碗间长时间低速摩擦，对轴承的接触面造成不可逆的损伤，降低动压马达的寿命。
要实现机械式仪表的长寿命高可靠性运转，首先必须要保证动压马达的高可靠性，因此，需要提出一种有效的磁滞动压马达性能测试系统，能够有效解决动压马达性能全生命周期的测试，并为存在故障隐患的马达诊断及动压马达的长寿命攻关提供有力的数据支撑。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种磁滞动压马达性能测试系统及测试方法，解决了机械式陀螺仪表整表阶段动压马达性能测试仅依靠惯性时间单一指标且故障诊断难的问题，实现了陀螺仪表动压马达性能测试，具有操作方便简单，数据测试精度高等优点。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种磁滞动压马达性能测试系统，包括NI机箱、NI数据采集卡、NI主机板卡和显示与交互外设；
NI机箱内部设有卡槽和板卡间的通信接口，通过内部卡槽为NI数据采集卡和NI主机板卡供电，通过板卡间的通信接口实现NI数据采集卡和NI主机板卡间的数据交换；
NI数据采集卡采集磁滞动压马达的电压波形数据，并将电压波形数据输出至NI主机板卡；电压波形数据包含磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据；
NI主机板卡装有动压马达测试模块；NI主机板卡接收由显示与交互外设输入的运行指令或停止指令，根据运行指令或停止指令控制动压马达测试模块的运行或停止；动压马达测试模块运行时接收由NI数据采集卡输入的电压波形数据，根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数，并将磁滞动压马达的性能参数输出至显示与交互外设；所述性能参数包括摩擦力矩、惯性时间、接触转速和Rms1V时间；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数的方法包括：
根据电压波形数据确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1和磁滞动压马达停转时刻T2；将从T1到T2之间的时间作为马达的惯性时间；
根据反电势波形数据得到时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解t惯性时间时的阻力矩，将该阻力矩作为摩擦力矩；
根据反电势波形数据建立以转速为横坐标，以阻力矩为纵坐标的转速-阻力矩关系曲线，将转速-阻力矩关系曲线中阻力矩最小时对应的转速作为接触转速；
将反电势波形数据中从反电势有效值电压为1V的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为Rms1V时间；
显示与交互外设接收外部输入的用户指令，根据用户指令生成运行指令或停止指令，将运行指令或停止指令输出至NI主机板卡；显示与交互外设接收由动压马达测试模块输入的磁滞动压马达的性能参数进行显示。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试系统中，动压马达测试模块包括数据采集指令发出模块、采集信号记录模块、滤波处理模块和马达性能参数计算及输出模块；
数据采集指令发出模块用于向NI数据采集卡发送数据采集指令；
NI数据采集卡接收由数据采集指令发出模块发送的数据采集指令，根据数据采集指令，采集磁滞动压马达的电压波形数据，并将电压波形数据输出至采集信号记录模块；
采集信号记录模块用于记录并存储由NI数据采集卡输入的电压波形数据；
滤波处理模块读取采集信号记录模块中的电压波形数据进行滤波处理，并将滤波处理后的电压波形数据输出至马达性能参数计算及输出模块；
马达性能参数计算及输出模块用于根据滤波处理后的电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数，并将磁滞动压马达的性能参数输出至显示与交互外设。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试系统中，滤波处理模块读取采集信号记录模块中的电压波形数据进行滤波处理的方法包括：
滤掉电压波形数据中的高频干扰信号；
根据磁滞动压马达停转后的零位电压数据的均值得到NI数据采集卡的零偏电压，利用零偏电压对滤掉高频干扰信号后的电压波形数据进行修正，得到滤波处理后的电压波形数据。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试系统中，动压马达测试模块基于labVIEW架构构建；
NI主机板卡运行的Windows操作系统为动压马达测试模块提供运行支撑；
显示与交互外设还接收外部输入的马达测试信息，将马达测试信息输出至NI主机板卡，NI主机板卡根据马达测试信息配置NI数据采集卡的端口信息、采样频率及采样数据量。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试系统中，NI数据采集卡包括NI公司的4072/4082数字万用表板卡或16位的4300数据采集卡；
NI数据采集卡采集的电压波形数据中的反电势波形数据为磁滞动压马达任意两相绕组上的反电势。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试系统中，NI数据采集卡和供电电源利用三刀单掷开关或三刀双掷开关与磁滞动压马达连接；
当NI数据采集卡和供电电源利用三刀单掷开关与磁滞动压马达连接时，将磁滞动压马达三相绕组分别与NI数据采集卡的相同相进行连接后，与三刀单掷开关的一端连接，三刀单掷开关的另一端与供电电源的三相连接；NI数据采集卡连续采集的电压波形数据为磁滞动压马达正常运转时加在三相绕组上的电压曲线和断开供电电源后的反电势波形数据；动压马达测试模块根据电压波形数据在过零点处斜率的绝对值确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻；
当NI数据采集卡和供电电源利用三刀双掷开关与磁滞动压马达连接时，磁滞动压马达三相绕组通电时与供电电源连通，磁滞动压马达三相绕组断开供电电源时与NI数据采集卡连通，磁滞动压马达断开供电电源的时刻为NI数据采集卡开始采集反电势波形数据的时刻，NI数据采集卡采集的电压波形数据为磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据。
一种磁滞动压马达性能测试方法，采用上述磁滞动压马达性能测试系统实现，包括：
获取磁滞动压马达的电压波形数据，电压波形数据包含磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据；所述反电势波形数据以时间为横坐标，以反电势为纵坐标；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数；所述性能参数包括摩擦力矩、惯性时间、接触转速和Rms1V时间；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数的方法包括：
根据电压波形数据确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1和磁滞动压马达停转时刻T2；将从T1到T2之间的时间作为马达的惯性时间；磁滞动压马达停转时刻T2为反电势波形数据中反电势为零且不再变化的时刻；
根据反电势波形数据得到磁滞动压马达断开供电电源后，时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解t惯性时间时的阻力矩，将该阻力矩作为摩擦力矩；
根据反电势波形数据建立以转速为横坐标，以阻力矩为纵坐标的转速-阻力矩关系曲线，将转速-阻力矩关系曲线中阻力矩最小时对应的转速作为接触转速；
将反电势波形数据中从反电势有效值电压为1V的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为Rms1V时间。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试方法中，时间t与阻力矩M(t)的关系式为：
其中，J为马达转动惯量，n(t)为时间t对应的转速。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试方法中，n(t)为根据n(ti)拟合后获得的连续函数；以磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1为起始时刻，将反电势波形数据中波峰和波谷所对应的时刻按顺序记为t1，t2，t3……，其中第i个时刻记为ti，i≥1；
其中，p为电机定子极对数。
进一步的，上述磁滞动压马达性能测试方法中，所述性能参数还包括接滑时间、负载力矩和Rms1V转速；
根据反电势波形数据得到接滑时间的方法为：
以滞动压马达断开供电电源时刻T1为起始时刻，将反电势波形数据中波峰和波谷所对应的时刻按顺序记为t1，t2，t3……，其中第i个时刻记为ti，i≥1；
其中，p为电机定子极对数；
时间t对应的转速n(t)为根据n(ti)获得的连续函数；
根据n(t)得到接触转速对应的时刻，将从接触转速对应的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为接滑时间；
根据反电势波形数据得到负载力矩的方法为：
根据反电势波形数据得到时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解磁滞动压马达断开供电电源时刻T1的阻力矩，将该阻力矩作为负载力矩；
根据反电势波形数据得到Rms1V转速的方法为：
建立磁滞动压马达断开供电电源后，时间与转速的关系曲线，根据时间与转速的关系曲线，将反电势有效值电压为1V的时刻对应的转速值作为Rms1V转速。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明创新性的提供了一种磁滞动压马达的性能测试系统，通过高精度数据采集卡实现了对马达断电滑行过程中反电势信号的采集，并通过相关数据处理，有效解决了动压马达整个生命过程中的摩擦力矩、负载力矩等难测量的难题，相比过去仅依靠惯性时间的测试方法对于马达性能的评估更加准确可靠。
(2)本发明采用NI数据采集卡将断电过程中的马达的反电势数据全部采集并记录，相比秒表手动计时方式，对惯性时间的测试更加准确，且真正实现了测试数据的可追溯性，降低了操作人员的误操作风险，提高了测试数据的可信度。
(3)本发明提供了基于马达反电势的马达性能测试方法，采用断电时刻的马达反电势数据来反映动压马达性能，具有对动压马达本身的影响最低，操作简单方便的优点。
(4)本发明首次明确了基于马达反电势波形数据的动压马达负载力矩、摩擦力矩、接触转速的详细计算方法，有利于工程化的应用。
(5)本发明系统中包含的动压马达测试模块，可以实现对迟滞马达反电势信号的采集、微小信号的自动滤波处理、马达关键性能指标的计算及输出记录，具有操作方便简单，数据测试精度高等优点。
(6)本发明利用零偏电压对滤掉高频干扰信号后的反电势波形数据进行修正，提高了测试精度。
附图说明
图1为本发明实施例1中磁滞动压马达性能测试系统的总体功能方框图；
图2为本发明实施例1中测试系统与滞动压马达及供电电源连接关系图；其中(a)为三刀双掷开关接线方法，(b)为三刀单掷开关接线方法；
图3为本发明实施例1中动压马达测试模块的操作界面示意图；
图4为本发明实施例1中滤波处理前后的动压马达反电势波形曲线；其中(a)为原始波形，(b)为滤波处理后波形。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
磁滞动压马达在断开供电转子随惯性滑行时，会产生周期和幅值随转速变化的反电势波形信号，本发明提供了一种磁滞动压马达性能测试系统，可以通过控制数据采集卡实现对该反电势波形信号的自动采集，实现全生命周期机械陀螺仪表的动压马达性能测试，集成底层数字信号采集系统，人机交互系统，数字信号处理系统等三个核心环节，实现动压马达断电过程中两相或者三相反电势数据的自动采集、记录及处理，进而得到马达停转过程中的负载力矩、惯性时间、摩擦力矩、接触转速等马达性能参数。动压马达性能测试系统应具有对动压马达本身的影响低，操作简单方便，测量精度度高，自动化程度高等特点。
具体的，本发明一种磁滞动压马达性能测试系统，包括了由NI机箱1，NI主机板卡3，NI数据采集卡2，和显示与交互外设5；其中NI数据采集卡2优选NI公司的4072/4082数字万用表板卡或16位的4300数据采集卡，显示与交互外设5由显示器、鼠标及键盘外设等组成；NI主机板卡3中装有基于LabVIEW软件框架的动压马达测试模块4。
NI机箱1给NI主机板卡3和NI数据采集卡2提供供电，并实现各板卡间的数据通信；NI数据采集卡2实现对马达反电势波形数据的采集并通过NI机箱内部的通信模块传输给动压马达测试模块4；NI主机板卡3作为控制计算机，实现动压马达测试模块4的运行；动压马达测试模块4实现接收操作人员输入的测试信息、运行和停止测试，自动配置数据采集卡的硬件端口信息，NI数据采集板卡数据的读取与保存，动压马达反电势数据的分析与处理，处理结果的自动输出及保存等功能。
磁滞动压马达采用三相方波的供电方式，在断开马达供电电源后，定子上的稳定的三相方波信号会变换为幅值与周期均随动压马达转速变化的三相正弦波信号，基于LabVIEW软件框架的动压马达测试软件，即动压马达测试模块4，动压马达测试模块在接收到操作人员输入的马达测试信息、开启马达性能测试后，自动配置数据采集板卡的端口信息、采样频率及采样数据量等参数，完成对动压马达断电前和断电过程中的两相或者三相马达反电势数据的采集，并将过程数据存储到本地计算机。数据处理模块在数据采集结束后，对保存到本地的数据进行回读，先经过低通滤波器处理，滤掉反电势中的高频干扰信号，再根据马达停转后数据采集卡所采集到的零位电压数据，计算其均值得到采集板卡的零偏电压即马达停转电压，并对滤波后的反电势数据进行修正，得到修正后的马达反电势波形数据。采用三刀单掷开关接线方法，将马达绕组与数据采集卡的同一极性连接，可以连续采集马达在运行和断电滑行过程中的反电势信号。在断电时刻附近，方波信号在电压过零点处的电压变化率与正弦波有较大的差别，方波在过零点处的斜率的绝对值比正弦波在过零点处的斜率的绝对值大，可以根据两者的差异识别出断电时刻。采用三刀双掷开关接线方法，断开马达电源的瞬间，开始采集正弦波信号，正弦波开始的时刻即为断电时刻。从正弦波电压消失的时刻识别出马达停转时刻，并获取从断电时刻开始一直到马达停转整个过程中的所有电压过零点，峰-峰值电压及对应的时刻数据。再根据电机原理转速及摩擦力矩的计算方法得到马达停转滑行整这个过程中的负载力矩、惯性时间、摩擦力矩、接触转速等马达性能参数。
实施例1：
本实施例结合附图1～4对磁滞动压马达性能测试系统和测试方法进行详细说明。
磁滞动压马达在断开供电电源转子自由滑行时，会产生周期与幅值均随转速变化的反电势电压正余弦波形信号，本系统是通过控制NI数据采集卡实现对该反电势波形信号的自动采集，以获取与动压马达轴承可靠性相关的性能指标信息。图1为一种磁滞动压马达性能测试系统的总体功能方框图，包括NI机箱1、NI数据采集卡2、装有动压马达测试模块4的NI主机板卡3和显示与交互外设5。本发明磁滞动压马达性能测试系统采用工业220V/50Hz交流电源给NI机箱1供电；NI机箱1通过内部的卡槽给NI数据采集卡和NI主机板卡供电，并通过板卡间的通信接口6实现两个板卡间的数据交换，具体的说，NI主机板卡3通过NI机箱1板卡间的通信接口6访问和控制NI数据采集卡2的工作；动压马达测试模块4基于labVIEW软件架构编写，做为人机交互的应用程序，NI主机板卡3运行的Windows操作系统为其运行提供运行支撑。马达定子绕组与马达电源的三相和NI采集板卡间通过一个三刀双掷或者三刀单掷开关实现马达运行与停止的切换，NI数据采集卡采集断电过程中的马达相间反电势信号。显示与交互外设5作为人机接口设备，方便操作人员控制程序的运行及停止、数据的输出显示等。
NI数据采集卡2具有较高的采样精度，包含NI公司的4072/4082数字万用表板卡或16位的4300数据采集卡等，检测信号为接入马达的任意两相绕组上的反电势。
动压马达测试模块4包含了数据采集卡控制指令的发出、数据采集信号的采集及记录、反电势信号的滤波及处理、马达性能参数计算及输出等功能。通过发出数据采集指令实现对迟滞马达反电势信号的采集，完成采集后，再通过微小信号的滤波处理技术滤除杂波干扰信号，并根据马达关键性能指标的计算方法计算出动压马达的性能参数输出显示及记录。
马达测试人员在使用过程中，需要先将马达反电势信号输出端子通过电缆接到数据采集卡上，然后打开跟机箱上电。测试人员在显示和交互外设上，输入马达的参数及状态信息并点击开始测试按钮。断开马达电源，通过板卡间的通信接口6，动压马达测试模块4控制NI数据采集卡2采集马达反电势信号并将信号存储在本地计算机中，当动压马达测试模块4判断到马达停转后，延时0.5秒，自动关闭数据采集卡2，动压马达测试模块4自动对存在本地计算机硬盘中的测试数据进行滤波处理，计算出马达性能参数，将计算结果显示在软件操作界面，并记录在本地硬盘上。
图2为动压马达信号连接关系图，显示了三相马达供电与马达性能测试系统的连接关系。图2的左图为三刀双掷接法，动压马达的A/B/C相绕组通过三刀双掷开关分别与马达电源和马达性能测试设备三相信号相连接。通电时，切换至马达电源，马达正常运转；断电时，切换至马达性能测试设备，记录马达反电势数据。图2的右图为三刀单掷接法，动压马达的A/B/C相绕组相同相与马达测试的A/B/C相连接并连接到三刀单掷开关的一端，马达电源三相分别和开关的另一端的三个端子相连，闭合后通路极性相同。开关闭合马达电源的各项信号流向马达的绕组和数据采集卡端子；开关断开时，马达性能测试设备可以连续记录运行及断电过程中的马达反电势数据。
磁滞动压马达测试系统实物中采用了NI PXIe-1071型号的机箱，NIPXIe-8840型号主机板卡，NI-4072数字万用表板卡，显示器、鼠标、键盘等。
图3为磁滞动压马达测试系统中动压马达测试模块的操作界面，界面的左侧用户可以输入仪表编号、仪表姿态、测试项目、测试人员和选择马达的类型等参数；界面的中间为波形区域，显示断电过程中的力矩、转速反电势波形曲线；界面的右侧为测试结果记录输出区，显示了惯性时间、1V至停转时间、接触转速、摩擦力矩等参数信息。
图4为磁滞动压马达测试断电后部分马达反电势波形曲线，左图为原始马达反电势AB相波形，右图为经过滤波后的AB相波形，通过变步长数据搜索方法开展数据的预处理，找出曲线上的所有波峰和波谷点，并按照时序排列。以下结合图4及寻找到的时刻和电压数据给出软件内部各种参数的定义及具体计算方法。
断电过程中任意时刻的转速ni：磁滞动压马达断开供电，类似于发电机，根据反电势波形曲线，转速计算公式为：
其中：n(ti)为ti时刻对应的马达转速，单位r/min，p为电机定子极对数，以断电时刻为起点，将马达反电势波形曲线中波峰和波谷所对应的时刻按照顺序分别记为t1，t2，t3……，将其中第i个时刻记为ti，i≥1，而ti-1和ti对应反电势正弦曲线中相邻两个波峰和波谷对应的相邻时刻，单位为s。
惯性时间t惯性时间：从断开马达电源时刻(起始点)开始，到反电势电压开始变为零(终止点)的转子总滑行时间，单位为s。
阻力矩计算M：风阻力矩与动摩擦力矩的总和，连续时间域的计算公式如式(2)所示，离散差分计算公式如式(3)：
其中：Mi为ti时刻的阻力矩，单位为gf·cm；n(ti)为ti时刻对应的转速,单位为r/min；J为马达转动惯量，单位为gf·cm·s2。
接触转速n接触转速：从断开马达电源时刻(起始点)开始，转速-阻力矩关系曲线最小值点所对应的转速，单位为r/min。
接滑时间：接触转速所对应的时刻点开始，到反电势电压变为零(终止点)的转子的总滑行时间,单位为s。
负载力矩：马达以正常转速运行时，风阻力矩与轴承动摩擦力矩较小，可以忽略不计。可以通过公式(2)计算出的断电时刻所对应的阻力矩数值，单位为g·cm。
Rms1V时间：从马达反电势有效值电压到达1V(峰-峰值1.414V)时刻开始，到反电势电压变为0V(终止点)的时间。
Rms1V转速：在滑行时间与转速关系曲线上，Rms1V时刻对应的转速值，Rms1V转速代表1V时刻对应的转速。
摩擦力矩：在滑行时间与转速关系曲线上选取合适的离散时刻及对应的转速点，按照5阶曲线拟合，得到转速与滑行时间的关系曲线，关于时间求导并带入公式(2)可得到马达停转前滑行过程中时间与阻力矩的关系曲线及拟合函数M(t)＝f(t)。将惯性时间带入上述公式，可以得到马达停止转动时刻的阻力矩值。由于停转时刻的风阻力矩可以忽略，可以得到最大动摩擦力矩，即为摩擦力矩。
机械式动压马达在长期运行及多次启停后，轴承表面会产生磨损，摩擦力矩能够直观反映出机械式半球动压马达在长期运行后轴承表面光滑度，摩擦力矩越大，马达性能越差，再次启动时不能正常启动的风险也就越大，是反映马达性能的重要指标。动压马达的轴承的间隙较小，在几个微米的量级，微小的多余物或者轴承机械结构的变形都可能会导致马达惯性时间、接触转速、Rms1V时间、接滑时间发生大幅度的变化，这些指标的稳定性反应了马达长期运行的可靠性。负载力矩提供和Rms1V转速是衡量马达断电前的运行状态的重要指标，反映了磁滞马达充磁强弱，能够有效降低或者避免马达异常断电操作或者马达异常启动带来的数据指标的误判。一种磁滞动压马达性能测试设备为高可靠性马达性能的检测及故障筛选提供了一种有效的测试手段。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，包括NI机箱(1)、NI数据采集卡(2)、NI主机板卡(3)和显示与交互外设(5)；
NI机箱(1)内部设有卡槽和板卡间的通信接口(6)，通过内部卡槽为NI数据采集卡(2)和NI主机板卡(3)供电，通过板卡间的通信接口(6)实现NI数据采集卡(2)和NI主机板卡(3)间的数据交换；
NI数据采集卡(2)采集磁滞动压马达的电压波形数据，并将电压波形数据输出至NI主机板卡(3)；电压波形数据包含磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据；
NI主机板卡(3)装有动压马达测试模块(4)；NI主机板卡(3)接收由显示与交互外设(5)输入的运行指令或停止指令，根据运行指令或停止指令控制动压马达测试模块(4)的运行或停止；动压马达测试模块(4)运行时接收由NI数据采集卡(2)输入的电压波形数据，根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数，并将磁滞动压马达的性能参数输出至显示与交互外设(5)；所述性能参数包括摩擦力矩、惯性时间、接触转速和Rms1V时间；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数的方法包括：
根据电压波形数据确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1和磁滞动压马达停转时刻T2；将从T1到T2之间的时间作为马达的惯性时间；
根据反电势波形数据得到时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解t惯性时间时的阻力矩，将该阻力矩作为摩擦力矩；
根据反电势波形数据建立以转速为横坐标，以阻力矩为纵坐标的转速-阻力矩关系曲线，将转速-阻力矩关系曲线中阻力矩最小时对应的转速作为接触转速；
将反电势波形数据中从反电势有效值电压为1V的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为Rms1V时间；
显示与交互外设(5)接收外部输入的用户指令，根据用户指令生成运行指令或停止指令，将运行指令或停止指令输出至NI主机板卡(3)；显示与交互外设(5)接收由动压马达测试模块(4)输入的磁滞动压马达的性能参数进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，动压马达测试模块(4)包括数据采集指令发出模块、采集信号记录模块、滤波处理模块和马达性能参数计算及输出模块；
数据采集指令发出模块用于向NI数据采集卡(2)发送数据采集指令；
NI数据采集卡(2)接收由数据采集指令发出模块发送的数据采集指令，根据数据采集指令，采集磁滞动压马达的电压波形数据，并将电压波形数据输出至采集信号记录模块；
采集信号记录模块用于记录并存储由NI数据采集卡(2)输入的电压波形数据；
滤波处理模块读取采集信号记录模块中的电压波形数据进行滤波处理，并将滤波处理后的电压波形数据输出至马达性能参数计算及输出模块；
马达性能参数计算及输出模块用于根据滤波处理后的电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数，并将磁滞动压马达的性能参数输出至显示与交互外设(5)。
3.根据权利要求2所述的一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，滤波处理模块读取采集信号记录模块中的电压波形数据进行滤波处理的方法包括：
滤掉电压波形数据中的高频干扰信号；
根据磁滞动压马达停转后的零位电压数据的均值得到NI数据采集卡(2)的零偏电压，利用零偏电压对滤掉高频干扰信号后的电压波形数据进行修正，得到滤波处理后的电压波形数据。
4.根据权利要求1所述的一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，动压马达测试模块(4)基于labVIEW架构构建；
NI主机板卡(3)运行的Windows操作系统为动压马达测试模块(4)提供运行支撑；
显示与交互外设(5)还接收外部输入的马达测试信息，将马达测试信息输出至NI主机板卡(3)，NI主机板卡(3)根据马达测试信息配置NI数据采集卡(2)的端口信息、采样频率及采样数据量。
5.根据权利要求1所述的一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，NI数据采集卡(2)包括NI公司的4072/4082数字万用表板卡或16位的4300数据采集卡；
NI数据采集卡(2)采集的电压波形数据中的反电势波形数据为磁滞动压马达任意两相绕组上的反电势。
6.根据权利要求1所述的一种磁滞动压马达性能测试系统，其特征在于，NI数据采集卡(2)和供电电源利用三刀单掷开关或三刀双掷开关与磁滞动压马达连接；
当NI数据采集卡(2)和供电电源利用三刀单掷开关与磁滞动压马达连接时，将磁滞动压马达三相绕组分别与NI数据采集卡(2)的相同相进行连接后，与三刀单掷开关的一端连接，三刀单掷开关的另一端与供电电源的三相连接；NI数据采集卡(2)连续采集的电压波形数据为磁滞动压马达正常运转时加在三相绕组上的电压曲线和断开供电电源后的反电势波形数据；动压马达测试模块(4)根据电压波形数据在过零点处斜率的绝对值确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻；
当NI数据采集卡(2)和供电电源利用三刀双掷开关与磁滞动压马达连接时，磁滞动压马达三相绕组通电时与供电电源连通，磁滞动压马达三相绕组断开供电电源时与NI数据采集卡(2)连通，磁滞动压马达断开供电电源的时刻为NI数据采集卡(2)开始采集反电势波形数据的时刻，NI数据采集卡(2)采集的电压波形数据为磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据。
7.一种磁滞动压马达性能测试方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的磁滞动压马达性能测试系统实现，包括：
获取磁滞动压马达的电压波形数据，电压波形数据包含磁滞动压马达断开供电电源后的反电势波形数据；所述反电势波形数据以时间为横坐标，以反电势为纵坐标；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数；所述性能参数包括摩擦力矩、惯性时间、接触转速和Rms1V时间；
根据电压波形数据得到磁滞动压马达的性能参数的方法包括：
根据电压波形数据确定磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1和磁滞动压马达停转时刻T2；将从T1到T2之间的时间作为马达的惯性时间；磁滞动压马达停转时刻T2为反电势波形数据中反电势为零且不再变化的时刻；
根据反电势波形数据得到磁滞动压马达断开供电电源后，时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解t惯性时间时的阻力矩，将该阻力矩作为摩擦力矩；
根据反电势波形数据建立以转速为横坐标，以阻力矩为纵坐标的转速-阻力矩关系曲线，将转速-阻力矩关系曲线中阻力矩最小时对应的转速作为接触转速；
将反电势波形数据中从反电势有效值电压为1V的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为Rms1V时间。
8.根据权利要求7所述的一种磁滞动压马达性能测试方法，其特征在于，时间t与阻力矩M(t)的关系式为：
其中，J为马达转动惯量，n(t)为时间t对应的转速。
9.根据权利要求8所述的一种磁滞动压马达性能测试方法，其特征在于，
n(t)为根据n(ti)拟合后获得的连续函数；以磁滞动压马达断开供电电源的时刻T1为起始时刻，将反电势波形数据中波峰和波谷所对应的时刻按顺序记为t1，t2，t3……，其中第i个时刻记为ti，i≥1；
其中，p为电机定子极对数。
10.根据权利要求7所述的一种磁滞动压马达性能测试方法，其特征在于，所述性能参数还包括接滑时间、负载力矩和Rms1V转速；
根据反电势波形数据得到接滑时间的方法为：
以滞动压马达断开供电电源时刻T1为起始时刻，将反电势波形数据中波峰和波谷所对应的时刻按顺序记为t1，t2，t3……，其中第i个时刻记为ti，i≥1；
其中，p为电机定子极对数；
时间t对应的转速n(t)为根据n(ti)获得的连续函数；
根据n(t)得到接触转速对应的时刻，将从接触转速对应的时刻到磁滞动压马达停转时刻T2之间的时间作为接滑时间；
根据反电势波形数据得到负载力矩的方法为：
根据反电势波形数据得到时间与阻力矩的关系式；基于时间与阻力矩的关系式求解磁滞动压马达断开供电电源时刻T1的阻力矩，将该阻力矩作为负载力矩；
根据反电势波形数据得到Rms1V转速的方法为：
建立磁滞动压马达断开供电电源后，时间与转速的关系曲线，根据时间与转速的关系曲线，将反电势有效值电压为1V的时刻对应的转速值作为Rms1V转速。
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