1、XMBD-PP5K交流永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)備組成

2、XMBD-PP5K交流永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

2.1 永磁電機對拖平臺

技術(shù)參數(shù)如下：

1)平臺由驅(qū)動電機（永磁同步電機）、高速精密聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)速/扭矩傳感器、加載電機（永磁同步電機）及中央監(jiān)控系統(tǒng)組成，用于實現(xiàn)電機對拖實驗；

2)可以實現(xiàn)速度控制和扭矩控制，驅(qū)動電機和加載電機以聯(lián)軸器相連， 監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)人機交互、系統(tǒng)監(jiān)控功能；

3)驅(qū)動電機：永磁同步電機，額定功率5.5KW，額定線電壓380V，額定線電流12A，額定轉(zhuǎn)矩 35 NM，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，峰值轉(zhuǎn)矩 70NM，轉(zhuǎn)子慣量8.6，重量 30KG，轉(zhuǎn)矩常數(shù)2.9，反電勢181，編碼器線數(shù)2500。

4)負載電機：永磁同步電機，額定功率5.5KW，額定線電壓380V，額定線電流12A，額定轉(zhuǎn)矩 35 NM，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，峰值轉(zhuǎn)矩 70NM，轉(zhuǎn)子慣量8.6，重量 30KG，轉(zhuǎn)矩常數(shù)2.9，反電勢181，編碼器線數(shù)2500

5)扭矩/轉(zhuǎn)速傳感器（選配）：轉(zhuǎn)速范圍：0-2000rpm，扭矩測量范圍：0-200NM；

6)槽鋼底座帶橡膠墊，電機拖動組總尺寸1250*30*40（長*寬*高）

圖1  電機對拖臺架實物圖

2.2  電機驅(qū)動背靠背變流柜

兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)調(diào)節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦。直流母線電壓可以由定子PWM變換器控制也可以由并網(wǎng)PWM變換器控制，保持為比電網(wǎng)幅值高的穩(wěn)定值（這樣才能保證能量流動的方向，PWM整流可以升壓）以便往電網(wǎng)輸送能量。

圖2  背靠背驅(qū)動變流器構(gòu)架

主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，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，從而可以實現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器。

1、可提供直流輸入和交流輸入兩種方式，交流輸入：380V電網(wǎng)，直流輸入：電壓400V。

2、運行方式，滿足三種工作模式：電機驅(qū)動模式、變流并網(wǎng)模式、RCP外接控制模式。

3、開放硬件原理圖，PCB圖（PDF），DSP控制板完整CCS工程源代碼（選配）。

4、將Simulink模型與快速原型控制器硬件結(jié)合在一起，下載到控制器中執(zhí)行，控制器運行過程中，此軟件可以將Simulink模型中想要查看的各類控制量直觀顯示，也可以隨時修改各類控制參數(shù)，讓控制器實時響應(yīng)，從而實現(xiàn)了真正的在線仿真。

5、在線仿真運行界面，采用組態(tài)方式，科研者根據(jù)自己需求，可以隨意添加控件，讓科研者將精力放到Simulink建模上面。

6、軟件具備三類設(shè)置，包括通信IP、板卡的數(shù)量設(shè)置；PWM設(shè)置，主要指示PWM的頻率值，死區(qū)值，以及動作有效值，編碼器精度值等；顯示界面設(shè)置，用于最終的數(shù)據(jù)查看以及設(shè)置。顯示界面中包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、示波器控件。

7、提供電機控制側(cè)的simulink算法模型，控制模型開放且可修改，用戶可直接使用。

8、具備DSP輔助控制器，配合外圍信號采集調(diào)理電路、IO驅(qū)動電路等組成。

完成以下功能：

• 各類信號的采集調(diào)理，送給主控制器以及自身使用。送給主控制器目的是實現(xiàn)算法控制，自身采集主要用于對系統(tǒng)的實時保護；

• 對IO信號的驅(qū)動管理，將主控制器輸出信號管理后輸出給功率變換電路，實現(xiàn)控制，同時檢測系統(tǒng)運行情況，一旦發(fā)生錯誤，通過對IO管理，就可以封閉主控制器的控制信號，從而達到保護系統(tǒng)的作用。這可以保證科研者在建立模型時，即使發(fā)生錯誤控制，也可以保證設(shè)備不受損壞。這樣可以保證科研者不用顧慮錯誤而導致設(shè)備損壞；

• 配合監(jiān)控軟件，可以直觀設(shè)備查看運行參數(shù)；

• 本身就可以實現(xiàn)算法控制，用于對比仿真效果。

2.3  電機回饋負載變流柜

1、可提供直流輸出和交流輸入兩種方式，交流輸入：380V電網(wǎng)，直流輸入：電壓500V。

2、PWM變換器可以運行，可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，能量可以雙向流動，定子側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流的大小和功率因數(shù)都是可調(diào)的，整個雙PWM變換器可以工作在狀態(tài)。

3、在具體運行中，兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)調(diào)節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦。

4、通過人機界面或者外部通訊可控制變流器進行轉(zhuǎn)矩控制和速度控制，從而模擬負載端電機的運行狀態(tài)。

5、具備19寸觸控一體機，運行研旭電機負載模擬監(jiān)控系統(tǒng)，具備功能：驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制、加載電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制的功率控制、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示、實驗數(shù)據(jù)存儲。

6、變流柜功率5kw，配備工頻變壓器。

電機負載模擬監(jiān)控系統(tǒng)

實現(xiàn)功能如下：

a.驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制；

b.加載電機轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制的功率控制；

c.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示；

d.實驗數(shù)據(jù)存儲。

監(jiān)控區(qū)

軟件監(jiān)控區(qū)的數(shù)據(jù)來源主要有變頻器、扭矩傳感器采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

變頻器數(shù)據(jù)

1)輸出電壓：變頻器交流輸出電壓

2)輸出電流：變頻器交流輸出電流

3)有功功率：變頻器輸出的交流電功率

4)實際轉(zhuǎn)速：絕對值編碼器經(jīng)變頻器模塊采集計算后的電機轉(zhuǎn)速

5)當前扭矩：變頻器估算的扭矩

6)電機頻率：變頻器計算的當前頻率

7）轉(zhuǎn)速：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的轉(zhuǎn)速。

8）扭矩：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的扭矩。

3.4  快速原型控制器——YXSPACE

研旭公司推出的YXSPACE產(chǎn)品系列，能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。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控制器中運行。

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監(jiān)測控制過程中的各類運行量，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)部運行的詳細信息。

3.SP2000控制器資源

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

4.實物圖片 ：

5.YXSPACE獨特優(yōu)點

（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；

（2）在Matlab中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作

（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成

（4）模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細節(jié)，免去一切不必要的麻煩；

（5）性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。

（6）具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。

（7）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。

6.YXSPACE-VIEW2000軟件

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

VIEW2000軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。

組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。

在實際使用中，用戶只需用鼠標拖動各類控件，移至工作區(qū)當中，位置根據(jù)需求隨意放置。雙擊控件即可設(shè)置控件的地址號，這樣可完成控件與模型或者硬件的建立關(guān)系，操作及其簡便。

包括如下幾類控件：

7、實物案例