摘 要： 系統(tǒng)精度是體現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)水平的重要指標(biāo)。對(duì)于虛擬測試系統(tǒng)的精度如何進(jìn)行分析是個(gè)值得討論的問題。結(jié)合研制開發(fā)的永磁直流電動(dòng)機(jī)虛擬測試系統(tǒng)給出了分析精度的一般方法，并對(duì)衡量系統(tǒng)精度的幾種誤差進(jìn)行了具體的計(jì)算。

關(guān)鍵詞： 虛擬測試系統(tǒng) 電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)精度

虛擬測試儀器（系統(tǒng)）是計(jì)算機(jī)測試儀器發(fā)展的結(jié)果。一般來說，它由計(jì)算機(jī)、一組模塊化的硬件和軟件組成。用戶通過操作計(jì)算機(jī)圖形面板，即可控制虛擬儀器的運(yùn)行，完成全部測試功能。

虛擬測試儀器與一般計(jì)算機(jī)測試儀器有著本質(zhì)的區(qū)別，因?yàn)樘摂M測試儀器的硬件只是解決信號(hào)的輸入、輸出（采集和傳送），功能強(qiáng)大的軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵；而一般計(jì)算機(jī)測試儀器，硬件是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。

在我們開發(fā)的永磁直流電動(dòng)機(jī)虛擬測試系統(tǒng)（以下簡稱本測試系統(tǒng)）中，硬件系統(tǒng)由功率驅(qū)動(dòng)和以單片機(jī)為主的數(shù)據(jù)采集兩部分組成，其功能是完成電動(dòng)機(jī)電壓的輸入以及電壓、電流和轉(zhuǎn)速的采集和傳送；軟件系統(tǒng)除了有先進(jìn)的軟件環(huán)境支持外，還有多個(gè)先進(jìn)的專業(yè)模塊，如：數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)辨識(shí)（參數(shù)估計(jì)）模塊、電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型模塊、圖形處理模塊、特性仿真模塊等，其功能是對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、辨識(shí)、運(yùn)算及輸出，從而使它能代替硬件完成許多測試功能，這是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。只有這樣才能使原計(jì)算機(jī)測試儀器提高到一個(gè)新的水平。

從上面對(duì)本測試系統(tǒng)組成分析可以看出，它的精度主要由以下幾部分所決定：（１）硬件系統(tǒng)精度；（２）軟件各模塊精度，如電動(dòng)機(jī)建模精度、應(yīng)用參數(shù)估計(jì)理論的近似計(jì)算精度、濾波等數(shù)據(jù)處理算法的精度。其中（１）是保證整個(gè)系統(tǒng)精度高的前提。

下面以某航空永磁直流電動(dòng)機(jī)（以下簡稱被測電動(dòng)機(jī)）為測試對(duì)象，結(jié)合本測試系統(tǒng)，從四個(gè)方面對(duì)其精度進(jìn)行分析，從而獲得對(duì)整個(gè)測試系統(tǒng)精度的總體評(píng)價(jià)。

１ 硬件系統(tǒng)的精度分析及誤差補(bǔ)償

硬件系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)有關(guān)狀態(tài)變量的采集和傳輸。數(shù)據(jù)采集的精度直接影響到后續(xù)數(shù)據(jù)的處理和虛擬測試系統(tǒng)的精度。

下面對(duì)本硬件系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)地（模擬地）與ad地（數(shù)字地）之間電壓相對(duì)誤差進(jìn)行具體的計(jì)算，以對(duì)硬件系統(tǒng)的精度進(jìn)行分析。

首先操作本系統(tǒng)計(jì)算機(jī)面板，對(duì)電動(dòng)機(jī)任意施加兩個(gè)電壓激勵(lì)，用精度為5位半的radal－cana5001型電壓表測定這兩個(gè)電壓值實(shí)分別為4.2365v和8.5821v，這是整個(gè)硬件系統(tǒng)中模擬地的電壓；然后由本硬件系統(tǒng)采集這兩個(gè)電壓值，分別采集500點(diǎn)，得到其平均值測分別為4.1040v和8.4128v，這是系統(tǒng)數(shù)字地的電壓。

計(jì)算這兩個(gè)輸入電壓測與實(shí)的相對(duì)誤差，分別為：

此值代表整個(gè)硬件系統(tǒng)相對(duì)誤差它們一般由系統(tǒng)地電位差、各種元件精度等所決定。因此，在這里可對(duì)系統(tǒng)地電位差進(jìn)行軟件補(bǔ)償補(bǔ)償值仍用上述電壓表測量整個(gè)硬件系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)地（模擬地）與ad地（數(shù)字地）之間的電壓差ｕδ＝0.1281v，我們采用以下方法進(jìn)行補(bǔ)償，重新計(jì)算得：

補(bǔ)償后的e11、e22均小于0.5％其精度是很高的，保證了整個(gè)測試系統(tǒng)對(duì)精度的要求。

２ 電動(dòng)機(jī)虛擬測試系統(tǒng)可重復(fù)性精度分析

由于本測試系統(tǒng)辨識(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)電參數(shù)的精度非常重要，所以可用電動(dòng)機(jī)靜態(tài)機(jī)電參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值相對(duì)于樣本平均值的比值εi，來衡量整個(gè)系統(tǒng)的可重復(fù)性精度。具體做法是利用本測試系統(tǒng)對(duì)被測電動(dòng)機(jī)連續(xù)重復(fù)測試10次，可得到10組電動(dòng)機(jī)靜態(tài)機(jī)電參數(shù)，以ra、ke、kt、j四個(gè)參數(shù)為例，所得值如表1所示。

其中，ra、ke、kt、j的單位分別為：ω，v／rpmnm／a,n.ｍ．s。

設(shè)辨識(shí)得到各機(jī)電參數(shù)的值為pij平均值pi，則有：

其中，j＝1．．．m，為測量的次數(shù)，這里m＝10

i表示對(duì)應(yīng)ra、ke、kt、j四個(gè)參數(shù)平均值的下標(biāo)。

平均值i也稱為樣本均值，它是被辨識(shí)量pi的真值pi0的最佳估計(jì)值。以下是各靜態(tài)機(jī)電參數(shù)的平均值：

設(shè)各靜態(tài)機(jī)電參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為σｉ，它表示各辨識(shí)結(jié)果相對(duì)樣本均值的離散程度，則：

當(dāng)ｎ為有限次數(shù)時(shí)，由貝塞爾公式得