基于半实物原型控制 电机驱动系统
发布时间：
2021-06-16 15:37
来源：
原创
1、设备组成
2、 技术参数
2.1 对拖永磁电机平台
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 电机台架实物图
2.2 驱动电机背靠背变流柜
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。如果由定子PWM变换器控制直流母线电压，则并网PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，必须根据风速控制PMSG转速或根据转速控制并网电流；如果由并网PWM变换器控制直流母线电压，则定子PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，一般根据此时的风速控制PMSG转速到达最佳转速。能量流动一般是从PMSG流向电网，此时PMSG工作于正常的发电状态；但在PMSG起动时能量可以从电网流向PMSG，使PMSG工作在电动状态快速起动。
图2 背靠背驱动变流器构架
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
图3 驱动变流柜实物图
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、功率5kw，配备工频变压器。
负载模拟软件
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。
图4 项目案例
2.4 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。另外此软件集成了保护机制，用户只需要设置硬件运行中的极限值，控制器就会按照此极限值进行实时判断，一旦超过，控制器会自动停止运行，以达到保护后极功率电路的目的。
研旭YXSPACE软件包括了4类控件，分别为按钮控件、指示灯控件、静态框控件、示波器控件等。用户可以借助此4类控件，直观、方便的了解控制器的控制效果。
YXSPACE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：
下图为YXSPACE的接口图：
YXSPACE独特优点
- 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；
- 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
- 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
- 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；
- 性价比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
- 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。
- 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。
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：
3、控制算法及模型
图5 机侧控制算法
图6 机侧控制模型
图7 机侧RCP控制监控
图8 网侧控制算法
图9 网侧控制模型
图10 网侧RCP控制监控
4、实验列表
1 基础介绍
1.1永磁同步电机概述
1.2电力电子技术概述
1.3Simulink仿真介绍
1.4快速原型控制器（RCP）介绍
2 三相永磁同步电机的数学建模
2.1 三相PMSM的基本数学模型
2.2 三相PMSM的坐标变换
2.3 同步旋转坐标系下的数学建模
3 脉宽调制PWM
3.1 PWM的基本原理和控制算法
3.2 PWM在Simulink如何实现
3.3 SPWM的基本原理和实现方法
3.4 SPWM在Simulink 如何实现
4 三相电压源逆变器PWM技术
4.1 三相电量的空间矢量表示
4.2 SVPWM算法的合成原理
4.3 SVPWM算法的实现
4.4 SVPWM算法的建模和仿真
4.5 SPWM的算法实现
5 三相永磁同步电机的矢量控制
5.1 PMSM的PI电流控制
5.2 基于PI调节器的PMSM矢量控制
5.3 Simulink离线模型搭建
5.4 快速原型控制仿真—PMSM矢量控制
5、技术资料
1.设备使用手册
2.系统通讯协议
3.设备测试报告
4.开源资料
6、开源资料
1、提供变流器电路板硬件原理图：控制板，电源板，信号板，电容板，驱动板；
2、开放控制板的debug接口，客户可以烧写自己的程序；
3、开放变流器源代码代码（选配），包括但不限于程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、滤波函数、FOC控制算法等。（选配）
4、提供永磁电机驱动控制侧和三相变流器并网的simulink算法模型，控制模型完全开放且可修改，用户可直接使用。
相关新闻
深圳见！【南京研旭】邀您共赴PCIM Asia Shenzhen 2026 —— 深圳国际电力元件、可再生能源管理展览会暨研讨会
深圳国际电力元件 可再生能源管理展览会暨研讨会 2026年8月26日-8月28日，亚洲电力电子行业年度盛会——PCIM Asia Shenzhen 2026（深圳国际电力元件、可再生能源管理展览会）将在深圳国际会展中心（宝安新馆）隆重举行。 南京研旭电气科技有限公司诚挚邀请您莅临我们的展位E69，共赴这场电力电子领域的行业盛宴！
扬州大学电气与能源动力工程学院的研究人员提出了一种基于多尺度广义幅值感知排列熵的直流串联电弧故障检测系统。论文针对光伏系统直流侧串联电弧故障信号随机性强、非平稳性明显及故障特征隐蔽等问题，在排列熵基础上引入幅值感知机制，并结合滑动窗口广义粗粒化方法，增强了对电流信号局部幅值扰动和多尺度动态特征的表征能力。此外，采用PSO对多尺度特征进行权重优化，并利用SVM实现故障识别。实验结果表明，论文提出的方法检测准确率达到99.32%，检测时间为103.62ms，满足UL1699B标准要求，具有较好的实时性和工程应用潜力。文中使用了研旭公司的光伏逆变柜和逆变器YXMG-SGA05，并结合DC-DC变换器和电阻负载搭建实验平台，有效验证了本文方法的可行性。
在本研究中，提出了一种基于混合变压器（HT）的经济有效的软启动点解决方案。分析了HT的组合控制，包括电压协调和功率调节，在稳态和动态条件下确保稳定运行。还对性能进行了研究和比较，与B2B和SST方案进行了对比。基于HT的软启动点的总转换器容量大幅降低。仅为B2B方案的16%，仅为SST方案的28%。效率也分别提高了2.7%和0.9%。已经完成了模拟和实验，以验证所提出解决方案的有效性。
徐州见！【南京研旭】邀您共赴第十届高校电力电子学科青年学者论坛！
第十届高校电力电子学科青年学者论坛 2026年8月7日-8月9，由中国电源学会青年工作委员会主办，中国矿业大学电气工程学院、江苏省电源学会承办的第十届高校电力电子学科青年学者论坛，将在徐州喜来登酒店（江苏省徐州市铜山区大学路35号）召开举行。
【西安交通大学】深远海风电直流送出技术研究团队发表SCI论文
近日，西安交通大学深远海风电直流送出技术研究团队提出一种适用于大容量、低成本二极管/晶闸管整流（Diode/Thyristor Rectifier，DR/TR）的移相并联变压器组（Phase-Shifted Parallel Transformers，PSPT）新型拓扑方案。首先介绍PSPT实现原理及参数设计方法；其次基于谐波及无功分析论证PSPT拓扑相较典型DR/TR方案可完全实现免滤波及无功补偿，且具备比肩模块化多电平换流器的低谐波畸变、高功率因数技术性能；最后通过仿真和实验验证PSPT拓扑的有效性和先进性。在文中使用了南京研旭YXPHM-TP2xb-I功率硬件模组，控制芯片为TI公司TMS320F28335，通过该实验平台有效地验证了本文的方法。
微信公众号
