【正文】 而且精度也難以達到要求。虛擬儀器是全新概念的新一代的測量儀器。本文介紹了虛擬儀器的概念和LabVIEW的軟件開發(fā)環(huán)境，以及已開發(fā)成功的基于LabVIEW的電機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成和軟件開發(fā)，并重點介紹了在LabVIEW下一些關鍵技術的實現(xiàn)方法和數(shù)據(jù)分析方法。電動機也稱（俗稱馬達），在電路中用字母“M”（舊標準用“D”）表示。發(fā)電機在電路中用字母“G”表示。 電機按工作電源種類劃分：分為直流電機和交流電機。按起動與運行方式劃分：分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。按轉子的結構劃分：分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。一臺直流電機原則上既可以作為電動機運行，也可以作為發(fā)電機運行，這種原理在電機理論中稱為可逆原理。如用外部直流電源，經(jīng)電刷換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N、S產(chǎn)生的磁場互相作用，產(chǎn)生轉矩，驅動轉子與連接于其上的機械負載工作，此時電機作直流電動機運行。感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。 交流電機交流電機是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉換的機械。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器（見直流電機的換向），因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。20世紀80年代初，最大的汽輪發(fā)電機已達150萬千瓦。發(fā)電機主要分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機。是火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠的主要設備之一，由汽輪機或燃氣輪機驅動發(fā)電。柴油發(fā)電機由柴油機驅動發(fā)電，兩者組成柴油發(fā)電機組。交流電動機又分為同步電動機和異步電動機。當電機的運行速度n始終保持與旋轉磁場相同速度(n=v)的電動機稱為同步電動機。優(yōu)點是能向電網(wǎng)輸送無功功率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。電機的運行速度n始終低于旋轉磁場速度(nv)的交流電機稱為異步電動機。異步電機的缺點是：，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞；，不能用于軋鋼、造紙等轉速要求嚴格恒定的設備中，也不能用于在運行中轉速要求有所變化的設備中。虛擬儀器技術是隨著現(xiàn)代計算機技術、信息技術、現(xiàn)代測量技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新技術。用戶通過友好的圖形界面（稱為虛擬面板）操作計算機，就像操作傳統(tǒng)儀器一樣，通過庫函數(shù)實現(xiàn)儀器模塊間的通信、定時、觸發(fā)，以及數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達，并形成圖形化接口。虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素。虛擬儀器的硬件技術以GPIB、PXI等先進的計算機接口總線的發(fā)展為發(fā)展標志。DAQ（Data Acquisition）儀器，即數(shù)據(jù)采集儀器是一種典型的虛擬儀器，以微型計算機為平臺，將計算機硬件（如某類總線）和計算機軟件（虛擬儀器應用軟件）結合起來，實現(xiàn)特定儀器測量和分析的功能。GPIB（General Purpose Interface Bus）總線技術，即IEEE488總線，是一種數(shù)字式并行總線，它將可編程儀器和計算機緊密結合起來。目前，這種應用已經(jīng)較少。它克服了GPIB儀器的數(shù)據(jù)傳輸率和資源利用率低的缺點。PXI總線儀器以CompactPCI為基礎，改進了PCI總線技術，增加了PCI插槽，使之適合試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用，是一種有別于GPIB等總線結構的新型虛擬儀器體系結構。PC插卡→并口式→串口USB方式（適合于普及型的廉價系統(tǒng)，有廣闊的應用發(fā)展前景）PC插卡式于80年代初問世，并行口方式于1995年問世，串口USB方式于1999年問世。①計算機是載體，②軟件是核心，③高質量的A/D采集卡及調理放大器是關鍵。虛擬儀器的主要特點有：，各種儀器的差異主要是軟件。虛擬儀器的研究中涉及的基礎理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。對虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權威。使用LabVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境,該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW RealTime工具對嵌入式平臺開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設計的軟件層次，是進行并行編程的首選。用它構建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。VXI儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標準儀器。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等等。美國國家儀器公司NI（National Instruments）提出的虛擬測量儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領域的一場重大變革，使得計算機和網(wǎng)絡技術得以長驅直入儀器領域，和儀器技術結合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來構建虛擬儀器。NI所擁有的虛擬儀器產(chǎn)品包括軟件產(chǎn)品（如LabVIEW）、GPIB產(chǎn)品、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、信號處理產(chǎn)品、圖像采集產(chǎn)品、DSP產(chǎn)品和VXI控制產(chǎn)品等。作為一種圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺的LabVIEW有了越來越多的發(fā)展空間，基于LabVIEW的電機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的測試儀表具有精度高、自動化程度高的特點，能同時實現(xiàn)諧波分析儀、示波器、電壓表、電流表、轉速表等多種儀器的功能。不似其他語言，LabVIEW是與硬件關聯(lián)很緊密的尤其是NI的板卡產(chǎn)品，同時是一個具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，它內置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復雜性，為您提供強大功能的同時還保證了系統(tǒng)靈活性。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些儀器公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。美國HP公司的HPVEE和HPTIG平臺軟件，美國Tektronis公司的EzTest和TekTNS軟件，以及美國HEM Data公司的SnapMarter平臺軟件，是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。世界各國的公司，特別是美國NI公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應要求的硬件（插件），可以靈活地組建不同復雜程度的虛擬儀器自動測試系統(tǒng)。美國NI公司在1997年9月1日推出模塊化儀器的主流平臺PXI，這是與Copact PCI完全兼容的系統(tǒng)。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴大虛擬儀器的功能，在測量結果的數(shù)據(jù)處理、表達模式及其變換方面也做了許多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級分析庫和開發(fā)工具庫（例如測量結果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處理和相關函數(shù)處理、微積分、峰值和閾值檢隊波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運算、時域和頻域分析等），使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復雜自動測試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計算機網(wǎng)絡使得虛擬儀器技術展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。這得益于NI軟件的靈活性，只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。在驅動和應用兩個層面上，NI高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術結合在一起。虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬件概念。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，幫助我們輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。 虛擬儀器系統(tǒng)構成虛擬儀器由硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。用戶用鼠標操作虛擬儀器的面板就如同操作真實儀器一樣真實與方便。計算機硬件平臺可以是各種類型的計算機，如臺式計算機、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。因此，計算機技術在顯示、存儲能力、處理器性能、網(wǎng)絡、總線標準等方面的發(fā)展，導致了虛擬儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展。測試軟件是虛擬儀器的主心骨。NI公司從一開始就推出豐富而又簡潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。在虛擬儀器系統(tǒng)中用靈活強大的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，特別是系統(tǒng)中應用計算機直接參與測試信號的產(chǎn)生和測量特性的分析，使儀器中的一些硬件甚至整個儀器從系統(tǒng)中消失，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。(1)儀器面板控制軟件儀器面板控制軟件即測試管理層，是用戶與儀器之間交流信息的紐帶。(2)數(shù)據(jù)分析處理軟件利用計算機強大的計算能力和虛擬儀器開發(fā)軟件功能強大的函數(shù)庫可以極大提高虛擬儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理能力，節(jié)省開發(fā)時間。儀器驅動器與通信接口及使用開發(fā)環(huán)境相聯(lián)系，它提供一種高級的、抽象的儀器映像，它還能提供特定的使用開發(fā)環(huán)境信息。虛擬儀器驅動程序的核心是驅動程序函數(shù)VI集，函數(shù)VI是指組成驅動的模塊化子程序。高層是應用函數(shù)VI層，它根據(jù)具體測量要求調用底層的函數(shù)VI。VXI總線即插即用聯(lián)盟，為其制定了標準，提出了自底向上的I/O接口軟件模型即VISA。應用工程師為帶GPIB接口儀器所寫的軟件，也可以于VXI系統(tǒng)或具有RS232接口的設備上，這樣不但大大縮短了應用程序的開發(fā)周期，而且徹底改變了測試軟件開發(fā)的方式和手段。其設計準則是：，使面板具有標準化、開放性、可移植性。根據(jù)測試任務確定儀器軟面板具體測試、測量功能，開關、控制等設置要求。按照面向對象的設計思想，一個虛擬儀器集成系統(tǒng)由多個虛擬儀器組成，每個虛擬儀器均由軟面板控制。 數(shù)據(jù)采集組建一個基于LabVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)，傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊是最基