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交流伺服控制平台

一、平台概述

        交流伺服快速原型实验平台为交流电机的伺服控制系统开发调试,提供了半物理验证环境,可以对电机的电流环、速度环、位置环进行全环路控制器设计,可以为矢量控制、直接转矩控制等控制算法研究,提供快速验证平台。

二、特征优势

        1、支持RCP快速原型设计:

        实现用户的Matlab/Simulink仿真模型到嵌入式控制原型的自动转换;

        2、平台应用:

        基于本平台,用户可进行伺服驱动调制方法研究(SVPWM)、控制算法研究(传统PI控制、分数阶控制、自抗扰控制、滑模变结构控制、反步控制等),参数辨识(最小二乘、相关辨识等)和自整定技术研究及其应用,以及无位置传感器控制技术研究及应用等;

        3、适用电机种类:

        交流永磁同步电机PMSM、交流异步电机ASM;

        4、硬件资源:

        平台集成了实时仿真器(控制原型)、功率驱动模块、伺服电机;

        5、DSP自动代码生成:

        持Simulink模型转C语言源码的DSP代码自动生成功能;

        6、安全性:

        平台集成了过压、过流、刹车制动等硬件保护功能,以及PWM死区时间设置错误等软件保护功能,确保用户安全。

三、实验内容

        ❋ 伺服驱动器配置实验                                                     电机专用控制卡接口测试实验—编码器采集及转速计算

        ❋ 电机专用控制卡接口测试实验—PWM输出                    电机专用控制卡接口测试实验—相电流采集及坐标变换

        SVPWM电压空间矢量算法验证实验                              伺服电机开环控制实验

        ❋ 伺服电机电流环PI控制实验                                           伺服电机速度环和电流环PI控制实验

        ❋ 伺服电机带载测试实验                                                  ❋ 基于Simulink模型的DSP28335自动代码生成

四、实验示例

        1、伺服电机速度环和电流环PI控制实验

        如上图所示,基于Matlab/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Links-Box实时仿真器中运行。Links-Box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。

        2、伺服电机速度环和电流环PI控制实验

        在伺服电机DSP控制板的开发过程中,交杂着硬件、嵌入式软件和控制算法的调试。为简化设计流程,可直接将Simulink模型自动生成C语言控制源码,再由CCS软件和DSP仿真器将C语言源码烧写到DSP板卡中执行。

        如上图所示的模型中,搭建了伺服控制的闭环控制回路(电流环和速度环),实现交流伺服调速功能。模型主要包括DSP28335的DIO、ePWM、外部AD采集(相电流和直流母线电压)、eQEP(增量式光电编码器采集)等接口。

        在Simulink控制模型中,除了使用基础模块外,还可以直接使用M语言来描述算法逻辑部分,这种结合Simulink的框架结构和M语言的高效性,使得开发效率最优。下图以SVPWM波形发生器为例,展示了仿真用的M语言代码与自动生成的DSP控制源码对比。

五、现有用户

        ❋ 沈阳工业大学                                              ❋ 青岛大学                                          ❋ 凯迈(洛阳)测控有限公司

        ❋ 江南大学                                                     ❋ 泰州学院                                          ❋ 济宁学院

        ❋ 洛阳师范学院                                              ❋ 中国石油大学(华东)


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