伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例
產(chǎn)品概述
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1. 概述
當(dāng)前在本科階段的電機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,直流電機(jī)、三相異步電機(jī)等傳統(tǒng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)已相對(duì)完善。近年來,隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)控制技術(shù)中的電機(jī)及電力拖動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新方法、新技術(shù)。特種電機(jī)實(shí)驗(yàn)室旨在拓展學(xué)生的實(shí)踐范圍,在傳統(tǒng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,引入更多的特種類型電機(jī),包括:交流永磁同步電機(jī)、直流無刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。通過特種電機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),讓學(xué)生接觸更多不同類型電機(jī)的工作特性,并掌握對(duì)應(yīng)的電機(jī)控制技術(shù)。
在具體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)上,本著將科研與教學(xué)結(jié)合,將之前僅用于研究生實(shí)驗(yàn)的半實(shí)物仿真技術(shù)引入本科教學(xué)環(huán)節(jié),讓更多的高年級(jí)本科生能在學(xué)校階段接觸更先進(jìn)的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)手段,為將來走向工作崗位或繼續(xù)深造拓寬眼界、夯實(shí)基礎(chǔ)。
2 .伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例特征優(yōu)勢
?支持RCP快速原型設(shè)計(jì):實(shí)現(xiàn)用戶的MATLAB/Simulink仿真模型到嵌入式控制原型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換;
?實(shí)時(shí)性能:實(shí)時(shí)仿真機(jī)底層采用VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),周期定時(shí)抖動(dòng)小于20us,可實(shí)現(xiàn)控制周期50us~100us的電機(jī)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真驗(yàn)證;
?平臺(tái)應(yīng)用:基于本平臺(tái),用戶可進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)調(diào)制方法研究(SVPWM)、控制算法研究(傳統(tǒng)PI控制、分?jǐn)?shù)階控制、控自抗擾控制、滑模變結(jié)構(gòu)制、反步控制等),參數(shù)辨識(shí)(最小二乘、相關(guān)辨識(shí)等)和自整定技術(shù)研究及其應(yīng)用,以及無位置傳感器控制技術(shù)研究及應(yīng)用等;
?適用電機(jī)種類:交流永磁同步電機(jī)、直流無刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī);
?硬件資源:平臺(tái)集成了實(shí)時(shí)仿真機(jī)(控制原型)、功率驅(qū)動(dòng)模塊、多電機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)等;
?DSP自動(dòng)代碼生成:支持Simulink模型轉(zhuǎn)C語言源碼的DSP代碼自動(dòng)生成功能;
?安全性:平臺(tái)集成了過壓、過流、剎車制動(dòng)等硬件保護(hù)功能,以及PWM死區(qū)時(shí)間設(shè)置錯(cuò)誤等軟件保護(hù)功能,確保用戶設(shè)備安全。
3.實(shí)驗(yàn)室總體設(shè)計(jì)
特種電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃布置15套小功率+2套中功率多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái),每套設(shè)備可滿足2~3人完成電機(jī)控制率設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。下圖是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備整體規(guī)劃布局:
圖1 實(shí)驗(yàn)室布局圖
實(shí)驗(yàn)室布局說明(具體可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整):
房間:15*7m,門*2,窗戶*4,層高:2.4 m(正常辦公室層高即可)
實(shí)驗(yàn)桌*17:1.5*0.8m,擺放電腦*17
講臺(tái)*1:2.0*1.0m,擺放電腦*1,其他設(shè)備若干
供電:單相交流220V,50Hz,20kW;
4.伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室建設(shè)案例實(shí)驗(yàn)設(shè)備構(gòu)成
4.1小功率多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
小功率多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由開發(fā)主機(jī)、實(shí)時(shí)仿真機(jī)和多電機(jī)實(shí)驗(yàn)箱組成,系統(tǒng)的典型工作流程是:
1)用戶首先在開發(fā)主機(jī)端,使用MATLAB Simulink軟件完成電機(jī)控制系統(tǒng)建模,編譯后生成嵌入式代碼,下載到實(shí)時(shí)仿真機(jī)中運(yùn)行;
2)實(shí)時(shí)仿真機(jī)運(yùn)行電機(jī)控制模型實(shí)時(shí)代碼,并通過I/O接口與多電機(jī)實(shí)驗(yàn)箱連接,采集驅(qū)動(dòng)模塊的相電流、電壓信號(hào),以及霍爾、編碼器等電機(jī)信號(hào),同時(shí)輸出AO、PWM、DO等控制信號(hào);
3)多電機(jī)實(shí)驗(yàn)箱中的4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,接收實(shí)時(shí)仿真機(jī)控制信號(hào),最終輸出驅(qū)動(dòng)電流帶動(dòng)4臺(tái)電機(jī)工作。
系統(tǒng)的總體架構(gòu)如下圖所示:
4.1中功率多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
中功率多電機(jī)控制半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由開發(fā)主機(jī)、實(shí)時(shí)仿真機(jī)、電機(jī)對(duì)拖平臺(tái)組成,系統(tǒng)的典型工作流程是:
1)用戶首先在開發(fā)主機(jī)端,使用MATLAB Simulink軟件完成電機(jī)控制系統(tǒng)建模,編譯后生成嵌入式代碼,下載到實(shí)時(shí)仿真機(jī)中運(yùn)行;
2)實(shí)時(shí)仿真機(jī)運(yùn)行控制模型實(shí)時(shí)代碼,并通過多功能采集卡與研發(fā)型驅(qū)動(dòng)器連接,采集驅(qū)動(dòng)器的相電流、母線電壓、編碼器信號(hào),輸出3組(6路)互補(bǔ)型PWM信號(hào)直接控制研發(fā)型驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)側(cè))中三相逆變橋的IGBT導(dǎo)通或截止,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制;
3)同時(shí),實(shí)時(shí)仿真機(jī)通過模擬量控制商業(yè)型驅(qū)動(dòng)器(負(fù)載側(cè)),使負(fù)載電機(jī)向同軸連接的驅(qū)動(dòng)電機(jī)施加期望的反向轉(zhuǎn)矩,并采集扭矩傳感器信號(hào),以此檢驗(yàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在恒定或變負(fù)載的下控制效果。
系統(tǒng)的總體架構(gòu)如下圖所示:
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