多電機驅(qū)動控制綜合實驗平臺（基礎(chǔ)版/高級版）
發(fā)布日期：2022-05-06 瀏覽次數(shù)：2674
5.1 多電機驅(qū)動控制綜合實驗平臺（基礎(chǔ)版/高級版）
產(chǎn)品概述
開源多電機驅(qū)動控制綜合實驗平臺是基于TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink開發(fā)。由三組電機對拖平臺（含高性能扭矩傳感器）、電機驅(qū)動控制實驗箱、上位機和軟件包組成。電機包括一臺直流有刷電機（汽車電動門窗、座椅、小型自動化設(shè)備等廣泛應(yīng)用）、三臺永磁同步交流伺服電機（機器人、自動化設(shè)備等廣泛應(yīng)用）、一臺交流異步電機（特斯拉電動汽車廣泛應(yīng)用）和一臺直流無刷電機；硬件原理圖全部開源；軟件包提供開源的電機驅(qū)動控制程序。
系統(tǒng)提供電機驅(qū)動控制仿真、信號采集、PWM產(chǎn)生、坐標(biāo)變換和FOC磁場定向控制、恒壓頻比調(diào)速、電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)等內(nèi)容?？芍巫詣踊瘜I(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)、機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)、機器人工程專業(yè)、智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、人工智能工程專業(yè)中《電機學(xué)》、《電機拖動與控制》、《伺服電機與驅(qū)動技術(shù)》、《現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真》等課程的配套實驗實踐平臺，同時可支撐科研工作者開發(fā)新型的電機控制模型和算法的科研平臺。
產(chǎn)品特點
(1)電機為工業(yè)中廣泛應(yīng)用的四種類型（直流有刷電機、直流無刷電機、永磁同步伺服電機和異步電機）。
(2)軟硬件底層全部開源，方便二次開發(fā)。
(3)基于TI DSP嵌入式和MATLAB/Simulink軟件開發(fā)，在Simulink中進行模塊化編程實現(xiàn)電機的驅(qū)動控制，驗證各種算法，自動生成代碼。
(4)電路模塊化設(shè)計，可插拔，具有各種編碼器接口，信號方便用萬用表和示波器觀測。
(5)支持PWM和SVPWM、矢量控制等電機驅(qū)動控制算法。
(6)支持PID、電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)等控制算法。
(7)可通過上位機在線觀測、記錄、修改參數(shù)。
(8)可以實現(xiàn)對拖，施加可變負(fù)載，研究高級控制算法在可變負(fù)載下的伺服性能。
平臺組成
電機驅(qū)動控制綜合實驗平臺由實驗控制箱和電機對拖平臺組成，開發(fā)流程如圖2所示。
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實驗控制箱 |
電機對拖平臺 |
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由TMS320F28335 DSP作為主處理器。電機驅(qū)動控制程序支持在MATLAB/Simulink中編寫、自動生成代碼、自動編譯下載到控制器中運行。實驗控制器和電腦上位機之間通過串口連接。
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電機平臺由電機本體、扭矩傳感器、光電式增量編碼器和聯(lián)軸器構(gòu)成。電機包括永磁同步電機、直流有刷電機、直流無刷電機和異步電機；編碼器線數(shù)為2500PPR，4倍頻；扭矩傳感器測量電機正反轉(zhuǎn)扭矩信號。
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圖2 開發(fā)流程圖
實驗平臺主要參數(shù)如表一所示：
表1 電機綜合實驗平臺技術(shù)參數(shù)
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設(shè)備名稱 |
主要技術(shù)參考指標(biāo) |
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硬件電路板 |
底板 |
2路增量式編碼器調(diào)理電路、1路霍爾調(diào)理電路、5路開路輸出、2路AD輸入調(diào)理電路（1路正負(fù)10V，1路0-5V）、2路按鍵開關(guān)、4路撥碼開關(guān)、1路蜂鳴器調(diào)理電路 |
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控制板 |
2路CAN通訊電路、5V轉(zhuǎn)3.3V和1.9V電源電路、1路RS232電路、2片PWM輸出3.3V轉(zhuǎn)5V芯片、復(fù)位按鍵及3個接線端子 |
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電機功率驅(qū)動板 |
6個MOS管及散熱片、3個MOS驅(qū)動芯片、3個電流采樣芯片 |
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電源板 |
24V轉(zhuǎn)+15V電路、+15V轉(zhuǎn)+5V電路、+5V轉(zhuǎn)-5V電路 |
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外部擴展板 |
1路SCI接口、1路SPI接口、1路并口、2路AD及2路GPIO接口 |
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交流伺服電機 |
額定電壓 |
36V |
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額定功率 |
200W |
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額定轉(zhuǎn)速 |
3000RPM |
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增量式編碼器 |
2500PPR |
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直流有刷電機 |
額定電壓 |
24V |
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額定功率 |
205W |
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額定轉(zhuǎn)速 |
2800RPM |
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異步電機 |
額定電壓 |
24V |
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功率 |
150W |
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轉(zhuǎn)速 |
1450RPM |
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增量式編碼器 |
2500PPR |
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直流無刷電機 |
額定電壓 |
24V |
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額定功率 |
200W |
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額定轉(zhuǎn)速 |
3000RPM |
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扭矩傳感器 |
量程 |
0-2Nm |
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靈敏度 |
1-1.5 mV / V |
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零點輸出 |
±2% F.S. |
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制動電阻 |
電阻值 |
5Ω |
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功率 |
200W |
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其他模塊 |
電源模塊、USB數(shù)據(jù)線、USB轉(zhuǎn)串口、扭矩信號放大器 |
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圖3 Simulink控制框圖
實驗內(nèi)容
列表2所列實驗內(nèi)容為可以在本平臺完成的所有實驗列表，所有實驗程序均在Matlab/Simulink軟件中編寫，所有程序源代碼均開放，可以自由修改，實驗均配有演示視頻。
表2 電機平臺實驗項目
本科和研究生教學(xué)課程：
電機學(xué)
電機拖動與控制
電力電子技術(shù)
MATLAB建模與仿真
伺服電機與驅(qū)動技術(shù)
電機及電力拖動基礎(chǔ)
單片機原理及應(yīng)用
典型教材推薦：
《電機學(xué)》（第七版） [Fitzgerald & Kingsley's Electric Machinery, Seventh Edition][美] Stephen Umans（斯蒂芬·烏曼） 著，劉新正，蘇少平，高琳 譯
《電機學(xué)》（第三版）戈寶軍，梁艷萍，溫嘉斌 著
《電機及拖動基礎(chǔ)》 顧繩谷 編著 普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規(guī)劃教材
《MATLAB建模與仿真》 哈爾濱理工大學(xué) 副教授，碩導(dǎo)
《電力拖動自動控制系統(tǒng)》 運動控制系統(tǒng)（第5版）阮毅，楊影，陳伯時 著
《電機與運動控制系統(tǒng)》（第2版） [Electrical Machinery and Motion Control Systems] 楊耕，羅應(yīng)立 著
《計算機控制技術(shù)（第四版）》顧德英，東北大學(xué)，教授，碩導(dǎo)
《現(xiàn)代永磁同步電機控制原理及MATLAB仿真》袁雷 博士
《自動控制原理與設(shè)計》（第六版） [Feedback Control of Dynamic Systems, Sixth Edition][美] Gene F. Franklin（吉尼 F. 富蘭克林），J.David Powell，Abbas Emami-Naeini 等 著，李中華 等 譯
支撐科研方向：
電機參數(shù)自動辨識
負(fù)載慣量識別
S型曲線速度規(guī)劃
PI參數(shù)自動整定
魯棒控制
模型預(yù)測控制
自適應(yīng)魯棒控制
自抗擾控制
案例應(yīng)用舉例
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