硬件在回路半实物实时仿真多电机控制半实物实验平台

多电机控制半实物实验平台

一、平台概述

多电机控制半实物实验平台涵盖了多种类型的常用电机对象，包括步进电机、直流有刷电机、直流无刷电机、交流永磁同步电机，可以为电机拖动与控制、运动控制系统等课程的配套实验设备。

本平台提供基础验证实验和创新开发实验，系统结构简单、操作便利，能够帮助学生快速掌握不同常用电机的控制特性，并支持自主设计电机控制算法的验证。

二、特征优势

1、模块化设计

平台采用模块化的设计理念，系统结构清晰，易于维护升级；

2、开放全环路控制

平台开放了从电流环、速度环到位置环的电机三环控制回路，用户可以在示例算法的基础上，自行开发更高阶的控制算法模型；

3、开发环境友好

系统支持基于MATLAB Simulink进行各种电机控制算法设计，并实现数字仿真到电机实物控制的平滑过渡；

4、平台实时性强

控制器采用ARM+FPGA的硬件架构，并运行VxWorks实时系统的解决方案，可以实现100us内的电机最小控制周期；

5、多样化的调试手段

实验过程中提供任意控制参数的在线修改、任意系统变量的在线监测、丰富多样可任意组合的虚拟仪表监控界面，以及所有观测数据的实时存储、离线回放、数据导出等丰富的开发调试手段。

三、实验内容

1、直流有刷电机

●直流电机正反转实验       ●基于PWM的直流电机调速实验    ●直流电机闭环调速实验（选修）

2、步进电机

●步进电机控制理论实验    ●步进电机的位置控制实验       ●步进电机的编码器采集、转速计算实验  ●步进电机的开环调速实验   ●步进电机的闭环调试实验

3、直流无刷电机：

●BLDC控制理论实验     ●BLDC的霍尔传感器采集及转速计算实验  ●BLDC转速计算实验：M法、T法和M/T法☆基于霍尔传感器的六步换向法控制实验

●无传感器的控制实验   ●PID闭环控制实验      ●矢量控制实验（选修）

4、交流永磁同步电机

●PMSM控制理论实验     ●PMSM电机启动实验       ●PMSM电机堵转实验     ●PMSM电机加载实验       ●SPWM控制实验

●控制接口测试实验：编码器、相电流、直流母线电压采集等      ●开环控制实验      ●基于矢量算法的三环控制实验

四、实验示例

图1  基于MATLA Simulink设计的PMSM控制模型

如上图所示，基于MATLA Simulink搭建了针对PMSM的SVPWM控制系统模型，该模型包括编码器采集和转速计算、双环PI调节器、Park和Clarke坐标变换、相电流采集，以及带死区设置的PWM输出等。

该模型经过自动编译后，生成VxWorks系统下可执行的实时代码，再部署到RT-Cube实时仿真机中运行。RT-Cube替代了伺服控制中的DSP控制板，采集电机编码器和功率模块的电压、电流等信号，经模型解算后，对三相逆变桥输出3组互补型PWM控制信号。

图2  PMSM控制实验软件监控界面

如上图所示，RT-Sim主控软件提供了一个商业级虚拟仪表画布，用户可通过拖拽操作自定义监控界面，能够对模型任意参数进行在线修改，例如PID参数、给点转速指令等；也能实时在线监控任意变量和采集到的信号状态，例如传感器采集到的电流和转速曲线，以及计算过程中的ID、IQ曲线。

五、选型配置

六、部分用户

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