基于模型设计多电机驱动实验平台--YXMBD-EMBOX10
发布时间：
2021-08-06 15:27
来源：
原创
一、YXMBD系列简介
为了支持高校电力电子和半实物仿真的教学，南京研旭特推出了基于模型设计的电力电子和运动控制系列产品，该系列产品可以满足电气工程、电力电子、自动化和控制科学等工科学科相关的教学与科研需求。
系统提供给学生从电路原理，电路构建，到Simunlnk模型设计以及仿真，直至最后实际功率电路验证等一整套学习过程。这样学生可以首先了解理论层，然后通过离线仿真对理论层加深理解，进而再对实际硬件进行控制，获得真实的控制数据。让学生更加清晰的了解理论、仿真与实际硬件控制的关系。
针对基础教学方面，YXMBD-EMBOX10提供了丰富的实验例程，可以完成《电机与拖动基础》、《自动控制原理》等课程的相关基础实验。实验例程从基础的电路原理介绍、Simulink搭建仿真模型、实际硬件控制等层次入手，由浅入深，循序渐进的指导学生。
二、系统组成
YXMBD-EMBOX10基于模型设计多电机驱动实验平台包含SP1000快速原型控制器、多功能电机驱动实验箱、磁粉张力制动器及三合一电机台。每个平台都有独立的接口，方便拆卸，同时配备独立的实验教程及实例介绍，平台资源丰富，资源齐全，可单独控制，亦可整体工作。
系统需要用到PC机，系统软件主要使用Matlab，研旭组态监控软件（VIEW1000）。
图1 系统实物图
图2 系统组成图
系统组成介绍：
- SP1000快速原型控制器：系统核心控制器，DSP+FPGA双核架构，Simulink模型一键下载，加载后可与VIEW1000上位机软件实时交互数据，方便数据跟踪，波形监控或者在线调参。
- 电机驱动实验箱：永磁同步电机、直流无刷电机及直流有刷电机共用的功率驱动模块，强弱电隔离设计，电压电流信号采用传感器芯片采集，QEP及CAP接口全引出，保护机制健全。
- 磁粉制动器：经济型小体积手动张力制动器，百分比电压输出， 0~24V 旋钮调节、数字显示、短路保护及过载保护。
- 三合一电机台：包含永磁同步电机，直流有刷电机及直流无刷电机，运行时可通过磁粉制动器进行加载。
- 直流电源：用于驱动板的供电及电机的供电。
- Matlab：Simulink 是 MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。在此系统中，模型搭建完成后，可以一键下载到控制器中，省去复杂的设置过程。
- VIEW1000：研旭自主开发的上位机软件，采用以太网通讯，用于实现与SP1000的实时数据交互，方便客户进行数据分析，波形监控及在线调参等功能。
三、 产品核心设备介绍
3.1 SP1000快速原型控制器
- RCP控制器特点
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-VIEW1000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-VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助这些功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。
- 控制器资源
3.2 VIEW1000软件
研旭公司专门为SP1000研发了一套上位机监控软件VIEW1000软件。VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助此监控功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。
软件中包含“控制器设置”界面以及“工作区”界面。
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。
“工作区”包括功能按钮，DO设置，DI显示，设置值，以及观测值等监控功能。
- 建立通信：表示控制器与VIEW1000建立通信关系；
- 停止通信：表示控制器与VIEW1000断开通信关系；
- 设置：表示将设置参数文件下载至控制器中。
- 复位：表示对控制器整体进行复位操作；
- 启动仿真：通知控制器运行simulink模型；
- 录播：将控制器上传的值保存，以便分析查看。
- Simulink驱动库
研旭自行开发了Simulink驱动库，如下图所示：
在Simulink的库浏览栏中，添加研旭的驱动库，右侧就可以添加各类驱动支持驱动模块，如ADC模块，DAC模块，DI模块，PWM模块，编码器模块以及示波器模块等。用户通过在模型中调用这些驱动模块，就可以将模型与硬件对应起来。
3.3电机驱动实验箱
3.4三合一电机台
四、实验例程
1、基础操作实验
1.1基于模型开发（MBD）理念介绍
1.2快速原型控制器（RCP）介绍
1.3RCP控制器与matlab对接操作
1.4Simulink离线模型的分割与硬件模型库的调用
1.5RCP实时仿真监控系统界面的搭建
2、直流有刷电机实验
2.1 直流电机正反转实验
2.2 直流电机测速实验
2.3 直流电机开环运行实验
2.4 直流电机速度闭环实验
3、直流无刷电机实验
3.1 无刷电机六步换相理论验证实验
3.2 无刷电机正反转实验
3.3无刷电机基于霍尔位置传感器的测速实验
3.4无刷电机开环运行实验
3.5无刷电机速度闭环实验
3.6无刷电机无传感器速度闭环实验
4、永磁同步电机实验
4.1 Clark变换实验
4.2 Park变换实验
4.3 Park逆变换实验
4.4 SVPWM验证实验
4.5开环V/F启动实验
4.6基于增量式编码器的速度及位置计算实验
4.7电流闭环的矢量控制实验
4.8速度电流双闭环的矢量控制实验
4.9基于滑膜观测器无传感器的速度与位置计算实验
4.10基于滑膜观测器无传感器的速度电流双闭环实验
五、模型控制示例：
打开示例Simulink模型，点击编译仿真按键（也可根据情况自行修改模型或者参数）。
然后在VIEW1000软件可以监控到电压电压波形、并网电流波形、直流电压和直流电流波形，同时可以通过静态框告知模型控制外环电压值等，如下界面所示。
通过录波功能，将实验过程的数据可以保存下来， 利用MATLAB的plot描点工具，将原始数据以图形形式展现出来，如下图所示三相并网电流波，然后通过plot内部自带的缩放、扩放等工具，可以对数据进行更加深入的分析。
若用户想将模型内部关键节点数据采用模拟量方式输出时，此时只需要调用SP1000的DAC模块驱动，然后通过实际示波器测量DAC接口即可。下面是将占空比与PWM信号同时测量的示波器屏幕截图，1通道为PWM实际输出波形，2通道为模拟量输出的占空比波形。
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