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研旭电气实验教程：小功率电机对拖平台（BLDC拖PMSM）操作全解析
本文主要介绍南京研旭的小功率电机对拖试验箱的直流无刷拖永磁同步电机组的详细实验步骤，并配有对应的视频教程。 资料更新请关注南京研旭官方微信公众号。 研旭推出的直流无刷拖永磁同步电机组有两种，分别是不带扭矩传感器和带扭矩传感器。
关键词：
小功率电机对拖平台
直流无刷电机
永磁同步电机
所属分类：
嵌入式开发套件
DSP实验箱
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01
第一章 概述
本文主要介绍南京研旭的小功率电机对拖试验箱的直流无刷拖永磁同步电机组的详细实验步骤，并配有对应的视频教程。
资料更新请关注南京研旭官方微信公众号。
研旭推出的直流无刷拖永磁同步电机组有两种，分别是不带扭矩传感器和带扭矩传感器。
02
第二章 电机对拖实验平台介绍
2.1 直流无刷电机参数
直流无刷电机 | |
供电电压 | 24VDC |
额定功率 | 60W |
额定力矩 | 0.18N.M |
额定转速 | 3000rpm/min |
额定电流 | 3.3A |
磁极 | 4 |
传感器类型 | 霍尔传感器 |
电阻 | @25℃ 1.15±10%Ω |
电感 | 2.1±20%mH |
2.2 永磁同步电机参数
永磁同步电机 | |
供电电压 | 24VDC |
额定功率 | 200W |
额定力矩 | 0.64N.M |
峰值力矩 | 1.92N.M |
额定转速 | 3000rpm/min |
额定电流 | 9.2A |
力矩系数 | 0.07N.m/Arms |
反电势系数 | 3.9V/KRPM |
磁极 | 10 |
编码器（线） | 2500 |
转动惯量 | 0.34kg ㎡x0.0001 |
线电阻 | 0.23±10% Ω（20℃） |
线电感 | 0.30±20% mH（20℃） |
2.3 组态屏参数
尺寸 | 4.3寸 |
触屏方式 | 电容屏 |
供电 | 24VDC |
通讯方式 | 485 |
2.3 组态屏参数
尺寸 | 4.3寸 |
触屏方式 | 电容屏 |
供电 | 24VDC |
通讯方式 | 485 |
2.4 扭矩传感器
型号 | WTQ2050型高精度动态扭矩传感器 |
量程 | 2，5，10，20，30，50，100，200，300，500Nm |
扭矩输出 | 10±5KHz，4~20mA，0±5/10VDC，0-5/10VDC，RS485 |
精度 | -%FS ±0.1，0.2 |
供电 | 12-30VDC |
零点温度影响 | -%RO/℃ ±0.02 |
量程温度影响 | -%RO/℃ ±0.02 |
补偿温度范围 | -℃ -10~+60 |
工作温度 | -℃ -20~80 |
电气连接 | 6-pin或8-pin |
安全过载 | -%RO 200 |
轴材料 | 不锈钢 |
外壳材料 | 铝 |
2.5 实验项目
序号 | 实验项目 |
1 | 基于霍尔传感器的直流无刷电机速度电流闭环实验 |
2 | 基于霍尔传感器的直流无刷电机拖永磁同步电机回馈实验 |
3 | 基于霍尔传感器的直流无刷电机拖永磁同步电机负载实验 |
03
程序下载
由于实验平台在出厂前已烧些测试程序，如用户需要修改程序应先按照CCS9.2教程安装CCS9.2及导入相应的程序，最新程序可能使用的CCS12版本编译，使用低于此版本需要安装对应版本编译器，或者直接安装CCS12.2版本。
3.1 CCS如何导入工程
第一步：找到File->Import。如下图所示：
第二步：在弹出的界面中，选择CodeComposerStudion->CCSProjects。
第三步：在弹出的界面中，选择Browse，找到工程文件夹所放的路径下。
第四步：在接下来的界面中选择确定，这样在软件的左侧工程管理区就出现了导入的工程名称。
第五步：导入后，用户就可以打开工程栏中的文件查看代码了。
3.2 CCS如何建立配置文件
在进行CCS烧写DSP之前，首先需要建立仿真器配置文件，若使用XDS100V2仿真器，那么建立过程如下所示：
第一步：找到File->New->TargetConfigurationFile；
第二步：在弹出来的界面为其命名，只要不是中文，后缀以.ccxml结尾即可，注意Use shared location按钮勾选中，然后点击Finish。
第三步：在Connection栏选中Teax Instruments XDS100V2 USB Debug Probe。在Board or Device栏选中TMS320F28335，最后点击右侧的“Save”按钮。完成建立。
3.3 CCS烧写方法
在CCS烧写时，需要将仿真器与目标板连接，具体过程如下：仿真器一共有两种接口，一种是USB接口，与电脑连接；另外一种接口称作JTAG 接口，与DSP连接。
在连接DSP时，需要做些准备工作，如下：
第一步：将板卡系统断电；
第二步：将驱动排线与继电器板控制信号线拔出；
第三步：将仿真器的JTAG线与DSP核心板的JTAG下载口连接，此处连接是有方向的，正常情况仿真器JTAG会有防止插反的设计，若用户发现仿真器两个方向都可以与DSP连接，那么此时不要操作，请与厂家联系。
第四步：为系统上电，按照下面软件配置完成烧写过程。调出上节介绍的配置文件，具体方法为View->TargetConfiguration。
找到配置文件处，选中新建立的配置文件，右击鼠标选中“Launch Selected Configration”
找到如下图所示的Debug界面，点中红色框体部分，此时2和3按钮有效，首选点击2，连接目标板，然后点击3，浏览找到需要烧写的.out即可完成烧写。但是注意在烧写过程中一定不能掉电，否则DSP容易出现锁死，将无法烧写。
04
第四章 实验操作
4.1 实验前准备工作
4.1.1接线操作
实验平台接口说明如下图4.1.1所示：
图4.1.1 实验平台接口
按图4.1.1中序号标注说明
1、原动机UVW接口，接电机台架原动机侧三相接口，本实验中接入直流无刷电机的UVW电机端子；
2、发电机UVW接口，接电机台架发电机侧三相接口，本实验中接入永磁同步电机的UVW电机端子；
3、发电机侧直流/负载接口，接负载电阻（选配）或者不接；
4、强电24V，在回馈实验中接入3（发电机侧直流/负载接口）；
5、系统220V供电：
图4.1.2 实验平台内部接线
按图4.1.2中序号标注说明：
1、原动机侧F28335控制板的JTAG烧写口，在下载程序时接仿真器；
2、发动机侧F28335控制板的JTAG烧写口，在下载程序时接仿真器；
3、扭矩传感器接口；
4、原动机侧传感器接口，本实验中接入直流无刷电机的霍尔传感器；
5、原动机侧传感器类型选择跳帽，选择左边为霍尔传感器，选择右边是编码器，本实验中需将跳帽选择在左边；
6、发电机侧传感器接口，本实验中接入永磁同步电机的编码器：
图4.1.3 实验平台顶层展示图
4.1.2 上电操作
实验平台为220V供电，只需将实验平台的总供电端口通过220V电源线接到市电端口，然后打开实验平台供电开关即可。
4.2 回馈实验教程
回馈实验在实验平台上电前，需要将图4.1.1中的接口4（强电24V）接入到4.1.1图中的接口3（发电机的直流母线）
4.2.1程序下载
本实验中实验平台的原动机侧为BLDC，需要下载程序“BLDC-yaundong”；发电机侧为PMSM，需下载程序“DT_BLDC_PMSM_200W_huikui_06002”
4.2.2 原动机侧实验操作
上电后，原动机及发电机的组态屏会被点亮，只需对组态屏进行操作即可控制原动机及发电机的运行。
下图4.2.1为原动机侧组态屏的主界面
图4.2.1 原动机侧组态屏主界面
点击“系统设置”按钮，进入下图4.2.2所示系统设置界面：
图4.2.2 系统设置界面
点击“设置”按钮，进入下图4.2.3所示参数设置界面：
图4.2.3 参数设置界面
点击转速设置下面的设置框，会弹出小键盘，只需输入电机转速即可，设置范围为-3000~3000r/min。
然后点击右下角的返回标识，返回到系统设置界面，点击“机侧开机”按钮，电机就会按照设置的转速运行，点击“返回主界面”，可以在主界面上观察电机运行时的参数。
如需停止运行，只需在“系统设置”界面点击“机侧关机”即可停止运行。
电机正常运行，主界面的“运行状态”一栏会显示“运行”，如果电机未正常运行，则会显示“故障”，如果用户主动停机则会显示“停机”。
4.2.3 发电机侧实验操作
上电后，原动机及发电机的组态屏会被点亮，由于出厂已经烧些了控制程序，所以只需对组态屏进行操作即可控制原动机及发电机的运行。
下图4.2.4为发电机侧组态屏的主界面：
图4.2.4 原动机侧组态屏主界面
点击“系统设置”按钮，进入下图4.2.5所示系统设置界面：
图4.2.5 系统设置界面
点击“设置”按钮，进入下图4.2.6所示功能选择界面，此回馈实验选择“有功电流设置”：
图4.2.6 功能选择界面
进入下图4.2.7所示功能选择界面，点击有功电流设置的框中数值即可修改：
图4.2.7 有功电流设置界面
由于程序中有限制，有功电流设置不能超过1.5A，例如，当前发电机侧转速为3000r/min，如果设置电流为2A，实际经过程序处理后电流只能为1.5A。
然后点击右下角的返回标识，返回到系统设置界面，点击“机侧开机”按钮，电机就会按照设置的转速运行，点击“返回主界面”，可以在主界面上观察电机运行时的参数。
如需停止运行，只需在“系统设置”界面点击“机侧关机”即可停止运行。
电机正常运行，主界面的“运行状态”一栏会显示“运行”，如果电机未正常运行，则会显示“故障”，如果用户主动停机则会显示“停机”。
实验结束后，必须先停发电机，再停原动机，顺序不能颠倒。
4.3 负载实验教程
负载实验在实验平台上电前，需要将图4.1.1中的接口4（强电24V）与4.1.1图中的接口3（发电机的直流母线）断开。接口3悬空，留着后面突加载实验接电阻使用。
4.3.1程序下载
本实验中实验平台的原动机侧为BLDC，需要下载程序“BLDC-yaundong”；发电机侧为PMSM，需下载程序“DT_BLDC_PMSM_200W_fuzai_06002”
4.3.2 原动机侧实验操作
上电后，原动机及发电机的组态屏会被点亮，只需对组态屏进行操作即可控制原动机及发电机的运行。
下图4.3.1为原动机侧组态屏的主界面：
图4.3.1 原动机侧组态屏主界面
点击“系统设置”按钮，进入下图4.3.2所示系统设置界面：
图4.3.2 系统设置界面
点击“设置”按钮，进入下图4.3.3所示参数设置界面：
图4.3.3 参数设置界面
点击转速设置下面的设置框，会弹出小键盘，只需输入电机转速即可，设置范围为-3000~3000r/min。
然后点击右下角的返回标识，返回到系统设置界面，点击“机侧开机”按钮，电机就会按照设置的转速运行，点击“返回主界面”，可以在主界面上观察电机运行时的参数。
如需停止运行，只需在“系统设置”界面点击“机侧关机”即可停止运行。
电机正常运行，主界面的“运行状态”一栏会显示“运行”，如果电机未正常运行，则会显示“故障”，如果用户主动停机则会显示“停机”。
4.3.3 发电机侧实验操作
上电后，原动机及发电机的组态屏会被点亮，由于出厂已经烧些了控制程序，所以只需对组态屏进行操作即可控制原动机及发电机的运行。
下图4.3.4为发电机侧组态屏的主界面：
图4.3.4 原动机侧组态屏主界面
点击“系统设置”按钮，进入下图4.3.5所示系统设置界面：
图4.3.5 系统设置界面
点击“设置”按钮，进入下图4.3.6所示功能选择界面，此回馈实验选择“直流电压设置”：
图4.3.6 功能选择界面
进入下图4.2.7所示功能选择界面，点击直流电压设置的框中数值即可修改：
图4.2.7 直流电压设置界面
由于程序中有限制，实际输出直流电压为当前转速下反电势的两倍，例如，当前发电机侧转速为3000r/min，根据反电势系数3.9V/KRPM计算，不控整流电压为11.7V左右（以发电机侧屏幕显示为准），那么两倍的反电势就是23.4V，程序会根据当前转速计算出23.4V赋给电压外环的参考，此时用户设置直流电压输出为36V，那么实际上只会输出23.4V。同样用户设置的直流电压参考值不应小于1倍的反电势，因为不控整流电压就是1倍的反电势，即发电机在未启动时，出来的直流电压就是当前转速下1倍的反电势，所以直流电压的可设范围为当前转速下1倍的反电势到2倍的反电势之间。
另外，用户设置的直流电压符号应与转速符号一致。例如发电机侧主界面上显示
-3000r/min，则直流电压设置-23.4V至-11.7V范围之间。若为3000r/min,同理。
可以将负载电阻直接插入/拔出图4.1.1中的接口3，实现突加/减载实验。带载时间不宜过长。
然后点击右下角的返回标识，返回到系统设置界面，点击“机侧开机”按钮，电机就会按照设置的转速运行，点击“返回主界面”，可以在主界面上观察电机运行时的参数。
如需停止运行，只需在“系统设置”界面点击“机侧关机”即可停止运行。
电机正常运行，主界面的“运行状态”一栏会显示“运行”，如果电机未正常运行，则会显示“故障”，如果用户主动停机则会显示“停机”。
实验结束后，必须先停发电机，再停原动机，顺序不能颠倒。
4.4 注意事项
1、所有操作禁止带电进行，如空载运行发电机程序时，如果可控整流的电压较高，这时接入负载电阻时会出现打火的现象，正确操作为先停止系统所有程序的运行，然后将负载电阻接入发电机侧的直流负载端子，最后先运行原动机程序，再运行发电机程序；
2、突加载操作：按注意事项1的操作完成后，此时发电机侧的组态屏上会显示不控整流的直流电压，这个时候设置直流电压的参考在当前转速下1倍的反电势到2倍的反电势之间，然后点击“机侧开机”，此过程为突加载过程；
3、突减载操作：按注意事项2操作完成后，如需进行突减载操作，有两种方式，一种是调低直流电压参考，必须大于当前转速下1倍的反电势，点击确定后就实现了减载过程，还有一种是直接发电机侧停机，也可以进行突减载。
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