一、平臺概述

多電機控制半實物實驗平臺涵蓋了多種類型的常用電機對象，包括步進電機、直流有刷電機、直流無刷電機、交流永磁同步電機，可以為電機拖動與控制、運動控制系統(tǒng)等課程的配套實驗設備。

本平臺提供基礎驗證實驗和創(chuàng)新開發(fā)實驗，系統(tǒng)結構簡單、操作便利，能夠幫助學生快速掌握不同常用電機的控制特性，并支持自主設計電機控制算法的驗證。

二、特征優(yōu)勢

1、模塊化設計

平臺采用模塊化的設計理念，系統(tǒng)結構清晰，易于維護升級；

2、開放全環(huán)路控制

平臺開放了從電流環(huán)、速度環(huán)到位置環(huán)的電機三環(huán)控制回路，用戶可以在示例算法的基礎上，自行開發(fā)更高階的控制算法模型；

3、開發(fā)環(huán)境友好

系統(tǒng)支持基于MATLAB Simulink進行各種電機控制算法設計，并實現(xiàn)數(shù)字仿真到電機實物控制的平滑過渡；

4、平臺實時性強

控制器采用ARM+FPGA的硬件架構，并運行VxWorks實時系統(tǒng)的解決方案，可以實現(xiàn)100us內的電機小控制周期；

5、多樣化的調試手段

實驗過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、豐富多樣可任意組合的虛擬儀表監(jiān)控界面，以及所有觀測數(shù)據(jù)的實時存儲、離線回放、數(shù)據(jù)導出等豐富的開發(fā)調試手段。

三、實驗內容

1、直流有刷電機

●直流電機正反轉實驗       ●基于PWM的直流電機調速實驗    ●直流電機閉環(huán)調速實驗（選修）

2、步進電機

●步進電機控制理論實驗    ●步進電機的位置控制實驗       ●步進電機的編碼器采集、轉速計算實驗  ●步進電機的開環(huán)調速實驗   ●步進電機的閉環(huán)調試實驗

3、直流無刷電機：

●BLDC控制理論實驗     ●BLDC的霍爾傳感器采集及轉速計算實驗  ●BLDC轉速計算實驗：M法、T法和M/T法☆基于霍爾傳感器的六步換向法控制實驗

●無傳感器的控制實驗   ●PID閉環(huán)控制實驗      ●矢量控制實驗（選修）

4、交流永磁同步電機

●PMSM控制理論實驗     ●PMSM電機啟動實驗       ●PMSM電機堵轉實驗     ●PMSM電機加載實驗       ●SPWM控制實驗

●控制接口測試實驗：編碼器、相電流、直流母線電壓采集等      ●開環(huán)控制實驗      ●基于矢量算法的三環(huán)控制實驗

四、實驗示例

圖1  基于MATLA Simulink設計的PMSM控制模型

如上圖所示，基于MATLA Simulink搭建了針對PMSM的SVPWM控制系統(tǒng)模型，該模型包括編碼器采集和轉速計算、雙環(huán)PI調節(jié)器、Park和Clarke坐標變換、相電流采集，以及帶死區(qū)設置的PWM輸出等。

該模型經(jīng)過自動編譯后，生成VxWorks系統(tǒng)下可執(zhí)行的實時代碼，再部署到RT-Cube實時仿真機中運行。RT-Cube替代了伺服控制中的DSP控制板，采集電機編碼器和功率模塊的電壓、電流等信號，經(jīng)模型解算后，對三相逆變橋輸出3組互補型PWM控制信號。

圖2  PMSM控制實驗軟件監(jiān)控界面

如上圖所示，RT-Sim主控軟件提供了一個商業(yè)級虛擬儀表畫布，用戶可通過拖拽操作自定義監(jiān)控界面，能夠對模型任意參數(shù)進行在線修改，例如PID參數(shù)、給點轉速指令等；也能實時在線監(jiān)控任意變量和采集到的信號狀態(tài)，例如傳感器采集到的電流和轉速曲線，以及計算過程中的ID、IQ曲線。

五、選型配置

六、部分用戶

?北京工業(yè)大學