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YXMBD-PP5K基于半实物原型开发 交流永磁同步电机驱动控制系统

关键词:

基于半实物原型开发

所属分类:

电机控制平台

基于模型设计的电机测试/实验系统


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方案介绍

1、设备组成

 

 

2、 技术参数

 

2.1 永磁电机对拖平台

 

技术参数如下:

 

1)平台由驱动电机(永磁同步电机)、高速精密联轴器、转速/扭矩传感器、加载电机(永磁同步电机)及中央监控系统组成,用于实现电机对拖实验;

2)可以实现速度控制和扭矩控制,驱动电机和加载电机以联轴器相连, 监控系统可以实现人机交互、系统监控功能;

3)驱动电机:永磁同步电机,额定功率5.5KW,额定线电压380V,额定线电流12A,额定转矩 35 NM,额定转速1500 r/min,峰值转矩 70NM,转子惯量8.6,重量 30KG,转矩常数2.9,反电势181,编码器线数2500。

4)负载电机:永磁同步电机,额定功率5.5KW,额定线电压380V,额定线电流12A,额定转矩 35 NM,额定转速1500 r/min,峰值转矩 70NM,转子惯量8.6,重量 30KG,转矩常数2.9,反电势181,编码器线数2500

5)扭矩/转速传感器(选配):转速范围:0-2000rpm,扭矩测量范围:0-200NM;

6)槽钢底座带橡胶垫,电机拖动组总尺寸1250*30*40(长*宽*高)

 

图1  电机对拖台架实物图

 

2.2  电机驱动背靠背变流柜

 

两个PWM变换器各司其职,根据控制算法的不同其功能略有不同。无论哪种算法,定子PWM变换器一般是采用转子磁链定向,控制PMSG的定子电流呈正弦波形实现转速和功率因数调节;并网PWM变换器采用电网电压矢量定向,将直流电逆变为良好的正弦波形实现并网和有功/无功解耦。直流母线电压可以由定子PWM变换器控制也可以由并网PWM变换器控制,保持为比电网幅值高的稳定值(这样才能保证能量流动的方向,PWM整流可以升压)以便往电网输送能量。

 

图2  背靠背驱动变流器构架

 

主控CPU采用目前流行的DSP,型号为TI公司的TMS320F28335,其32位浮点处理能力,非常适用于变流器控制场合。通过传感器分别采集三相交流电流、三相交流电压、直流侧电压、电流以及温度等信息送给DSP,然后DSP经过特定的算法,输出PWM调制波控制开关器件,从而可以实现直流变交流或者交流变直流能量双向流动。除此之外,信号处理电路还预留的外部控制器接口,方便对接RCP控制器。

 

 

1、可提供直流输入和交流输入两种方式,交流输入:380V电网,直流输入:电压400V。

2、运行方式,满足三种工作模式:电机驱动模式、变流并网模式、RCP外接控制模式。

3、开放硬件原理图,PCB图(PDF),DSP控制板完整CCS工程源代码(选配)。

4、将Simulink模型与快速原型控制器硬件结合在一起,下载到控制器中执行,控制器运行过程中,此软件可以将Simulink模型中想要查看的各类控制量直观显示,也可以随时修改各类控制参数,让控制器实时响应,从而实现了真正的在线仿真。

5、在线仿真运行界面,采用组态方式,科研者根据自己需求,可以随意添加控件,让科研者将精力放到Simulink建模上面。

6、软件具备三类设置,包括通信IP、板卡的数量设置;PWM设置,主要指示PWM的频率值,死区值,以及动作有效值,编码器精度值等;显示界面设置,用于最终的数据查看以及设置。显示界面中包括遥控、遥调、遥信、遥测、示波器控件。

7、提供电机控制侧的simulink算法模型,控制模型完全开放且可修改,用户可直接使用。

8、具备DSP辅助控制器,配合外围信号采集调理电路、IO驱动电路等组成。

 

完成以下功能:

  • 各类信号的采集调理,送给主控制器以及自身使用。送给主控制器目的是实现算法控制,自身采集主要用于对系统的实时保护;
  • 对IO信号的驱动管理,将主控制器输出信号管理后输出给功率变换电路,实现控制,同时检测系统运行情况,一旦发生错误,通过对IO管理,就可以封闭主控制器的控制信号,从而达到保护系统的作用。这可以保证科研者在建立模型时,即使发生错误控制,也可以保证设备不受损坏。这样可以保证科研者不用顾虑错误而导致设备损坏;
  • 配合监控软件,可以直观设备查看运行参数;
  • 本身就可以实现算法控制,用于对比仿真效果。

 

2.3  电机回馈负载变流柜

1、可提供直流输出和交流输入两种方式,交流输入:380V电网,直流输入:电压500V。

2、PWM变换器可以运行,可以根据需要工作在整流状态或逆变状态,能量可以双向流动,定子侧电流和网侧电流的大小和功率因数都是可调的,整个双PWM变换器可以工作在状态。

3、在具体运行中,两个PWM变换器各司其职,根据控制算法的不同其功能略有不同。无论哪种算法,定子PWM变换器一般是采用转子磁链定向,控制PMSG的定子电流呈正弦波形实现转速和功率因数调节;并网PWM变换器采用电网电压矢量定向,将直流电逆变为良好的正弦波形实现并网和有功/无功解耦。

4、通过人机界面或者外部通讯可控制变流器进行转矩控制和速度控制,从而模拟负载端电机的运行状态。

5、具备19寸触控一体机,运行研旭电机负载模拟监控系统,具备功能:驱动电机转速/转矩控制、加载电机转速/转矩控制的功率控制、转速、转矩、功率数据和曲线显示、实验数据存储。

6、变流柜功率5kw,配备工频变压器。

 

电机负载模拟监控系统

 

实现功能如下:

a.驱动电机转速/转矩控制;

b.加载电机转速/转矩控制的功率控制;

c.转速、转矩、功率数据和曲线显示;

d.实验数据存储。

 

 

监控区

 

软件监控区的数据来源主要有变频器、扭矩传感器采集系统的数据。

 

变频器数据

1)输出电压:变频器交流输出电压

2)输出电流:变频器交流输出电流

3)有功功率:变频器输出的交流电功率

4)实际转速:绝对值编码器经变频器模块采集计算后的电机转速

5)当前扭矩:变频器估算的扭矩

6)电机频率:变频器计算的当前频率

7)转速:扭矩传感器采集系统计算后的转速。

8)扭矩:扭矩传感器采集系统计算后的扭矩。

 

 

3.4  快速原型控制器——YXSPACE

 

 

研旭公司推出的YXSPACE产品系列,能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法(Simulink)转换成DIDO、AIAO量,完成实际硬件控制。其基本控制框图如下所示:

 

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后,再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件,下载至YXSPACE控制器中运行。

 

研旭YXSPACE-VIEW2000软件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式,同时可以实时监测控制过程中的各类运行量,包括采集量、中间控制变量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6类组态控件,分别为遥控控件、遥信控件、遥调控件、遥测控件、示波器控件以及文字编辑控件等。用户可以借助这些控件,直观、方便的搭建监控界面,监控控制器内部运行的详细信息。

 

 

3.SP2000控制器资源

 

研旭SP2000采用外扩插卡式结构,简洁轻便,板卡资源如下:

 

 

4.实物图片 :

 

 

 

5.YXSPACE独特优点

(1)采用目前市面成品常用的控制芯片作为CPU,其仿真结果针对实际研究更具有参考性;

(2)在Matlab中设计的控制算法自动生成代码,自动加载到实时目标机中运行,避免了繁琐的编程和Debug工作

(3)使用门槛低,会Matlab仿真即可完成实验测试工作,所有测试工作只需一人即可完成

(4)模型与硬件接口链接简单,只需记住端口编号即可,更不用配置硬件各类细节,免去一切不必要的麻烦;

(5)性价比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。

(6)具备自主编写的驱动库,可以直接导入到Simulink库中,用户可以直接在Matlab软件中拖动相应的硬件元件库,将模型中的数据直接与硬件对接,无需再花费时间去查询硬件映射。8种库文件,可适用于各种工程调试需求。

(7)模型转换文件的透明化,用户可直接查看模型转换后的源码。

 

6.YXSPACE-VIEW2000软件

 

研旭公司专门为SP2000研发了一套上位机监控软件VIEW2000软件。

 

VIEW2000软件中包含控制器设置以及组态区。其中控制器设置界面共有4类控制器设置,包括仿真步长设置,DO控制源设置,QEP/CAP模式设置,PWM模块设置。

 

 

组态区主要包括功能按钮、组态控件、工作区等。

 

 

在实际使用中,用户只需用鼠标拖动各类控件,移至工作区当中,位置根据需求随意放置。双击控件即可设置控件的地址号,这样可完成控件与模型或者硬件的建立关系,操作及其简便。

 

包括如下几类控件:

 

 

7、实物案例