A virtual instrument based measurement and control platform for vibration
analysis of motor
LI Wen1, LI Li2
Abstract:This paper describes the establishing process of motor vibration analyzing system based on virtual instrument. This system consists of data acquisition module, vibration spectrum analysis module, and control module. Real-time collection of data acquisition module can be operated during motor running process. Power spectrum, harmonic analysis and STFT intensity spectrum can be done with vibration spectrum analysis module; and the performance of motor under different control laws can be easily studied by call control algorithms with control module. The test results show that the platform is feasible and effective.
Key words: motor vibration; virtual instrument; spectrum analysis module; control module
2.1 data acquisition module
Place DAQ Assistant Express VI and Write to Measurement File .vi into While Circulation in program block diagram while set the cycle time as 60s, then set the channel, sensitivity, sample rate and other parameters in DAQ Assistant . Run the program can collect experimental data and the data can be stored by the designated route in the folder. Fig.4 shoes its program
Fig.4. program of DAQ Data acquisition
2.2.4 STFT 时频谱分析模块
短时傅里叶变换（STFT ）是最早得到应用的时频分析方法之一。
信号()τx 的连续短时傅里叶变换定义如下
()()()()[]dt e t x f t STFT f j x τπγτγτ2,-+∞
∞
-*⎰-= 式中，右上角*号代表复数共轭，()τγ为一时间宽度很小的时窗。
即信号()τx 乘上一个以t 为分布中心的“分析时窗()t -τγ”所作的傅里叶变换。
由于乘以一个相当短的时窗()t -τγ，
等价于取出信号在分析点t =τ附近的一个切片，所以()()f t STFT x ,γ可视为信号()τx 在“分析时间”t 时刻处的“局部频谱”。
STFT 属于线性变换，不存在二次型时频分布的“交叉项”问题，对应的谱图有明确的物理解释。
STFT 强度图显示的时频特性直观且易于分析 。
LabVIEW 的信号处理VI 中的谱分析VI 中提供了短时傅里叶变换（STFT ）算法。
它由输入信号X 通过STFT 算法计算出STFT 时频图{}X ，并在分析结果上用强度图表示出来，横轴为时间轴，纵轴为频率轴，图中用色谱的强弱来表示某一选定时刻下频率分量的多少。
在程序前面板的窗信息中可以设置窗类型和窗长度；在时频采样信息中设置时间步长和频率区间。
窗类型和窗长度指用于计算STFT 的窗的类型和长度。
窗的长度可影响STFT 的时间精度和频率精度。
较窄的窗的持续时间较短、带宽较大，可得到更好的时间精度，但频率精度不理想。
较宽的窗的持续时间较长、带宽较窄，可得到更好的频率精度，但时间精度不理想。
即时间与频率不可能同时最优化。
要想达到优化处理，就需要根据实际情况选用不同的窗函数和窗长度。
本平台选择使用Hanning 窗，窗长度和时间步长分别采用默认值512和-1。
频率区间2048根据STFT 时频图VI 提供的强制频率区间为2的幂这一功能和本系统1652Hz 采样频率计算得到。
其程序框图如图5所示。
2.控制模块
本闭环控制系统主要由NI 公司的配套产品C 系列模块NI9265、NI9401结合Lab VIEW 软件完成。
运用Lab VIEW 中的DAQmx 和PID 函数编写程序就可实现对电机转速的测量和PID 控制。
Lab VIEW 作为图形化编程开发环境有其自身的优势和不足，其优势体现在开发效率高、内置函数丰富等。
不足之处则表现为对底层软件的驱动、大量复杂的数据计算显得力不从心。
因此，Lab VIEW 提供了与C 语言、MA TALAB 等其他应用程序的接口，使开发人员可以综合不同的开发环境实现工程开发。
本设计中采用MATALAB Script 节点调用用MA TALAB 编写的控制器程序便于日后分析各种控制器作用下电机的振动情况。