虚拟测试系统精度分析

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:444

作者：北京航空航天大学刘向群魏振忠来源：《电子技术应用》

摘要：系统精度是体现整个系统水平的重要指标。对于虚拟测试系统的精度如何进行分析是个值得讨论的问题。结合研制开发的永磁直流电动机虚拟测试系统给出了分析精度的一般方法，并对衡量系统精度的几种误差进行了具体的计算。

关键词：虚拟测试系统电动机系统精度

虚拟测试仪器（系统）是计算机测试仪器发展的结果。一般来说，它由计算机、一组模块化的硬件和软件组成。用户通过操作计算机图形面板，即可控制虚拟仪器的运行，完成全部测试功能。

虚拟测试仪器与一般计算机测试仪器有着本质的区别，因为虚拟测试仪器的硬件只是解决信号的输入、输出（采集和传送），功能强大的软件才是整个仪器系统的关键；而一般计算机测试仪器，硬件是整个仪器系统的关键。

在我们开发的永磁直流电动机虚拟测试系统（以下简称本测试系统）中，硬件系统由功率驱动和以单片机为主的数据采集两部分组成，其功能是完成电动机电压的输入以及电压、电流和转速的采集和传送；软件系统除了有先进的软件环境支持外，还有多个先进的专业模块，如：数据处理模块、系统辨识（参数估计）模块、电动机数学模型模块、图形处理模块、特性仿真模块等，其功能是对采集数据进行处理、辨识、运算及输出，从而使它能代替硬件完成许多测试功能，这是整个仪器系统的关键部分。只有这样才能使原计算机测试仪器提高到一个新的水平。

从上面对本测试系统组成分析可以看出，它的精度主要由以下几部分所决定：（１）硬件系统精度；（２）软件各模块精度，如电动机建模精度、应用参数估计理论的近似计算精度、滤波等数据处理算法的精度。其中（１）是保证整个系统精度高的前提。

下面以某航空永磁直流电动机（以下简称被测电动机）为测试对象，结合本测试系统，从四个方面对其精度进行分析，从而获得对整个测试系统精度的总体评价。

１硬件系统的精度分析及误差补偿

硬件系统的功能是实现电动机有关状态变量的采集和传输。数据采集的精度直接影响到后续数据的处理和虚拟测试系统的精度。

下面对本硬件系统中电动机地（模拟地）与ad地（数字地）之间电压相对误差进行具体的计算，以对硬件系统的精度进行分析。

首先操作本系统计算机面板，对电动机任意施加两个电压激励，用精度为5位半的radal－cana5001型电压表测定这两个电压值实分别为4.2365v和8.5821v，这是整个硬件系统中模拟地的电压；然后由本硬件系统采集这两个电压值，分别采集500点，得到其平均值测分别为4.1040v和8.4128v，这是系统数字地的电压。

计算这两个输入电压测与实的相对误差，分别为：

此值代表整个硬件系统相对误差它们一般由系统地电位差、各种元件精度等所决定。因此，在这里可对系统地电位差进行软件补偿补偿值仍用上述电压表测量整个硬件系统中电动机地（模拟地）与ad地（数字地）之间的电压差ｕδ＝0.1281v，我们采用以下方法进行补偿，重新计算得：

补偿后的e11、e22均小于0.5％其精度是很高的，保证了整个测试系统对精度的要求。

２电动机虚拟测试系统可重复性精度分析

由于本测试系统辨识电动机机电参数的精度非常重要，所以可用电动机静态机电参数标准偏差估计值相对于样本平均值的比值εi，来衡量整个系统的可重复性精度。具体做法是利用本测试系统对被测电动机连续重复测试10次，可得到10组电动机静态机电参数，以ra、ke、kt、j四个参数为例，所得值如表1所示。

其中，ra、ke、kt、j的单位分别为：ω，v／rpmnm／a,n.ｍ．s。

设辨识得到各机电参数的值为pij平均值pi，则有：

其中，j＝1．．．m，为测量的次数，这里m＝10

i表示对应ra、ke、kt、j四个参数平均值的下标。

平均值i也称为样本均值，它是被辨识量pi的真值pi0的最佳估计值。以下是各静态机电参数的平均值：

设各静态机电参数的标准偏差为σｉ，它表示各辨识结果相对样本均值的离散程度，则：

当ｎ为有限次数时，由贝塞尔公式得