研旭著力于嵌入式領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域進(jìn)行上下游產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售

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解決方案

SOLUTION

電機(jī)控制模型仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)YXPEP-ATCA-150

關(guān)鍵詞：

新工科實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

電機(jī)控制模型仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

所屬分類：

新工科實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

電機(jī)控制模型仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

新工科教學(xué)科研實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

電機(jī)控制模型仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

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方案介紹

一、電機(jī)控制模型仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹

傳統(tǒng)的方式對嵌入式算法的編寫以及實(shí)物調(diào)試都有比較高的要求，控制板性能有限、底層代碼編寫學(xué)習(xí)成本高、硬件資源調(diào)用不直觀、算法實(shí)現(xiàn)與代碼調(diào)試不方便，因此需要耗費(fèi)學(xué)生與科研人員大量的時(shí)間與精力；
采用快速控制原型（Rapid Control Prototyping簡稱RCP），那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗(yàn)證，研旭推出的電力電子仿真系統(tǒng)只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型，下載到RCP控制器中，即可實(shí)現(xiàn)控制過程；
本系統(tǒng)將RCP控制器與可定制的功率硬件、電機(jī)結(jié)合在一起，通過模塊化的方式，便于搭建各種不同類型的功率變換系統(tǒng)，非常適合高校、科研院所進(jìn)行電力電子裝置級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的控制算法的驗(yàn)證；
系統(tǒng)同時(shí)可集成各類測試電源和檢測儀器，一體化的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)習(xí)開發(fā)更為方便省力。

系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)特點(diǎn)：

更方便，更易上手

在Matlab中設(shè)計(jì)的控制算法自動(dòng)生成代碼，自動(dòng)加載到實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作；
使用門檻低，會(huì)Matlab仿真即可完成實(shí)驗(yàn)測試工作，所有測試工作只需一人即可完成。

更靈活，更開放

硬件模塊化設(shè)計(jì)，多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率硬件可選，同時(shí)，可根據(jù)需求定制各種不同的功率硬件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率級(jí)別、傳感器的數(shù)量位置等均可以變化；
軟件模塊化設(shè)計(jì)，算法編程和監(jiān)控全部采用基于模型的可視化設(shè)計(jì)方法，提供各類驗(yàn)證過的算法模型，可直接組合調(diào)用，大大縮短研發(fā)時(shí)間。

更可信，更可靠

功率級(jí)的算法驗(yàn)證，完美復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)，具有很高的可信度；
采用高可靠性的功率模塊和經(jīng)過完善測試的接口模塊，故障率低；
具備軟件保護(hù)和硬件保護(hù)雙重保護(hù)，安全性高；
具備數(shù)字仿真和物理電路雙重驗(yàn)證，設(shè)計(jì)更靈活，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具說服力。

二、系統(tǒng)流程圖

開發(fā)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)流程

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

一、平臺(tái)介紹篇

1.1、永磁同步電機(jī)

1.2、數(shù)字示波器

1.3、快速原型控制器

1.4、桌面型電力電子模組（PEBB）

1.5、接線面板

二、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)篇

2.1、基于模型開發(fā)（MBD）理念介紹

2.2、快速原型控制器（RCP）介紹

2.3、RCP控制器與matlab對接操作

2.4、Simulink離線模型的分割與硬件模型庫的調(diào)用

2.5、RCP實(shí)時(shí)仿真監(jiān)控系統(tǒng)界面的搭建

三、三相永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)建模

3.1 三相PMSM的基本數(shù)學(xué)模型

3.2 三相PMSM的坐標(biāo)變換

3.3 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)建模

四、脈寬調(diào)制PWM

4.1 PWM的基本原理和控制算法

4.2 PWM在Simulink如何實(shí)現(xiàn)

4.3 SPWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法

4.4 SPWM在Simulink 如何實(shí)現(xiàn)

五、三相電壓源逆變器PWM技術(shù)

5.1 三相電量的空間矢量表示

5.2 SVPWM算法的合成原理

5.3 SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)

5.4 SVPWM算法的建模和仿真

5.5 SPWM的算法實(shí)現(xiàn)

六、三相永磁同步電機(jī)的矢量控制

6.1 PMSM的PI電流控制

6.2 基于PI調(diào)節(jié)器的PMSM矢量控制

6.3 PMSM電流環(huán)PI控制Simulink離線模型搭建

6.4 PMSM電流環(huán)PI控制半實(shí)物模型搭建

6.5 PMSM速度環(huán)和電流環(huán)PI控制Simulink離線模型搭建

6.6 PMSM速度環(huán)和電流環(huán)PI控制半實(shí)物模型搭建

四、系統(tǒng)組成

快速原型控制器（RCP）

YXSPACE產(chǎn)品系列能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計(jì)的圖形化的高級(jí)語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實(shí)際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅(qū)動(dòng)接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運(yùn)行。

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測控制過程中的各類運(yùn)行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態(tài)控件，分別為遙控控件、遙信控件、遙調(diào)控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件，直觀、方便的搭建監(jiān)控界面，監(jiān)控控制器內(nèi)部運(yùn)行的詳細(xì)信息。

研旭SP2000采用外擴(kuò)插卡式結(jié)構(gòu)，簡潔輕便，板卡資源如下：

YXSPACE獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)

采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實(shí)際研究更具有參考性；
在Matlab中設(shè)計(jì)的控制算法自動(dòng)生成代碼，自動(dòng)加載到實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作；
使用門檻低，會(huì)Matlab仿真即可完成實(shí)驗(yàn)測試工作，所有測試工作只需一人即可完成；
模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號(hào)即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
性價(jià)比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低；
具備自主編寫的驅(qū)動(dòng)庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求；
模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼；

YXSPACE-VIEW2000軟件；

研旭公司專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。

桌面型功率硬件模塊（PEBB）

YXPHM系列采用基于模型設(shè)計(jì)的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器電路、信號(hào)處理電路進(jìn)一步集成，同時(shí)提供實(shí)際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實(shí)際控制器模塊，為用戶提供性價(jià)比更好的模塊化產(chǎn)品。

YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺(tái)，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關(guān)等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。

開發(fā)平臺(tái)包括硬件部分、軟件驅(qū)動(dòng)，是針對高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學(xué)科研平臺(tái)。該平臺(tái)在硬件上采用分體化設(shè)計(jì)，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實(shí)用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時(shí)頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的測量。

主要功能

1、模塊拓展：采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以定制所需要的拓?fù)?，提供開源軟件模塊，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)?？蛇M(jìn)行多種拓?fù)涠ㄖ疲?/span>

2、開放設(shè)計(jì)：開放給用戶硬件原理圖、硬件設(shè)計(jì)說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動(dòng)，控制算法等。

3、安全穩(wěn)定：設(shè)計(jì)了健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。

4、半實(shí)物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實(shí)時(shí)仿真器對接，可提供相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設(shè)計(jì)之憂。

功能拓?fù)涫纠?/span>

變流器內(nèi)部功能框圖

主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關(guān)器件，從而可以實(shí)現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動(dòng)。除此之外，信號(hào)處理電路還預(yù)留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。