多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一、平臺(tái)概述

多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)涵蓋了多種類(lèi)型的常用電機(jī)對(duì)象，包括步進(jìn)電機(jī)、直流有刷電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、交流永磁同步電機(jī)，可以為電機(jī)拖動(dòng)與控制、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等課程的配套實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

本平臺(tái)提供基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便利，能夠幫助學(xué)生快速掌握不同常用電機(jī)的控制特性，并支持自主設(shè)計(jì)電機(jī)控制算法的驗(yàn)證。

二、特征優(yōu)勢(shì)

1、模塊化設(shè)計(jì)

平臺(tái)采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)升級(jí)；

2、開(kāi)放全環(huán)路控制

平臺(tái)開(kāi)放了從電流環(huán)、速度環(huán)到位置環(huán)的電機(jī)三環(huán)控制回路，用戶可以在示例算法的基礎(chǔ)上，自行開(kāi)發(fā)更高階的控制算法模型；

3、開(kāi)發(fā)環(huán)境友好

系統(tǒng)支持基于MATLAB Simulink進(jìn)行各種電機(jī)控制算法設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字仿真到電機(jī)實(shí)物控制的平滑過(guò)渡；

4、平臺(tái)實(shí)時(shí)性強(qiáng)

控制器采用ARM+FPGA的硬件架構(gòu)，并運(yùn)行VxWorks實(shí)時(shí)系統(tǒng)的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)100us內(nèi)的電機(jī)最小控制周期；

5、多樣化的調(diào)試手段

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提供任意控制參數(shù)的在線修改、任意系統(tǒng)變量的在線監(jiān)測(cè)、豐富多樣可任意組合的虛擬儀表監(jiān)控界面，以及所有觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、離線回放、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等豐富的開(kāi)發(fā)調(diào)試手段。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、直流有刷電機(jī)

●直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)       ●基于PWM的直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)    ●直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)（選修）

2、步進(jìn)電機(jī)

●步進(jìn)電機(jī)控制理論實(shí)驗(yàn)    ●步進(jìn)電機(jī)的位置控制實(shí)驗(yàn)       ●步進(jìn)電機(jī)的編碼器采集、轉(zhuǎn)速計(jì)算實(shí)驗(yàn)  ●步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)   ●步進(jìn)電機(jī)的閉環(huán)調(diào)試實(shí)驗(yàn)

3、直流無(wú)刷電機(jī)：

●BLDC控制理論實(shí)驗(yàn)     ●BLDC的霍爾傳感器采集及轉(zhuǎn)速計(jì)算實(shí)驗(yàn)  ●BLDC轉(zhuǎn)速計(jì)算實(shí)驗(yàn)：M法、T法和M/T法☆基于霍爾傳感器的六步換向法控制實(shí)驗(yàn)

●無(wú)傳感器的控制實(shí)驗(yàn)   ●PID閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)      ●矢量控制實(shí)驗(yàn)（選修）

4、交流永磁同步電機(jī)

●PMSM控制理論實(shí)驗(yàn)     ●PMSM電機(jī)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)       ●PMSM電機(jī)堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)     ●PMSM電機(jī)加載實(shí)驗(yàn)       ●SPWM控制實(shí)驗(yàn)

●控制接口測(cè)試實(shí)驗(yàn)：編碼器、相電流、直流母線電壓采集等      ●開(kāi)環(huán)控制實(shí)驗(yàn)      ●基于矢量算法的三環(huán)控制實(shí)驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)示例

圖1  基于MATLA Simulink設(shè)計(jì)的PMSM控制模型

如上圖所示，基于MATLA Simulink搭建了針對(duì)PMSM的SVPWM控制系統(tǒng)模型，該模型包括編碼器采集和轉(zhuǎn)速計(jì)算、雙環(huán)PI調(diào)節(jié)器、Park和Clarke坐標(biāo)變換、相電流采集，以及帶死區(qū)設(shè)置的PWM輸出等。

該模型經(jīng)過(guò)自動(dòng)編譯后，生成VxWorks系統(tǒng)下可執(zhí)行的實(shí)時(shí)代碼，再部署到RT-Cube實(shí)時(shí)仿真機(jī)中運(yùn)行。RT-Cube替代了伺服控制中的DSP控制板，采集電機(jī)編碼器和功率模塊的電壓、電流等信號(hào)，經(jīng)模型解算后，對(duì)三相逆變橋輸出3組互補(bǔ)型PWM控制信號(hào)。

圖2  PMSM控制實(shí)驗(yàn)軟件監(jiān)控界面

如上圖所示，RT-Sim主控軟件提供了一個(gè)商業(yè)級(jí)虛擬儀表畫(huà)布，用戶可通過(guò)拖拽操作自定義監(jiān)控界面，能夠?qū)δＰ腿我鈪?shù)進(jìn)行在線修改，例如PID參數(shù)、給點(diǎn)轉(zhuǎn)速指令等；也能實(shí)時(shí)在線監(jiān)控任意變量和采集到的信號(hào)狀態(tài)，例如傳感器采集到的電流和轉(zhuǎn)速曲線，以及計(jì)算過(guò)程中的ID、IQ曲線。

五、選型配置

六、部分用戶

?北京工業(yè)大學(xué)