[發明專利]一種交流電機驅動控制方法教學實驗系統

有效

• 申請號: 201110287206.3
• 申請日: 2011-09-25
• 公開（公告）號: CN102332223A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 陳振;于瑋;劉向東;弓萌野
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于交流電機控制教學儀器領域，涉及針對本科生或研究生的永磁同步電機和異步電機的高級控制方法的教學。

背景技術

隨著電力電子技術、電機制造技術、大規模集成電路和微處理器技術的迅猛發展，數字伺服控制系統的應用也愈來愈廣泛。如今，伺服控制系統已經在許多高科技領域得到了運用，如航空航天、機器人、數控機床、大規模集成電路制造、辦公自動化設備等。伺服控制系統已經成為了我們的日常生產生活中不可缺少的部分。同時人們對伺服系統性能的要求也在不斷提高，人們越來越期望能夠采用一種低成本、高性能的控制策略，改善伺服系統的性能。

長期以來，由于直流電機轉矩控制靈活，有很好的速度調整性能，高性能的伺服驅動絕大多數采用直流伺服技術。但是直流電機中存在換向器和電刷，限制了它的應用范圍。交流電機結構簡單，體積小，價格低，幾乎無需維護，對環境適應性強。雖然交流電機相比直流電機具有優異的性能，但交流電機是一個強耦合的非線性控制對象，轉矩控制困難，難以獲得好的速度控制特性，因此長期以來難以得到很好的應用。隨著微電子和電力電子技術的發展特別是矢量控制理論的提出，為交流電機的高性能控制奠定了理論基礎，使得交流電機伺服系統的性能可以和直流伺服系統相媲美，甚至超越直流伺服系統。

矢量控制(Vector?Control)又稱磁場定向控制(Field-oriented?Control)是20世紀70年代由德國西門子公司的F.Blaschke等提出來的。它的基本控制思想是：按照旋轉磁場等效的原則，將交流電機經坐標變換和磁場定向后等效成直流電機；然后仿照直流電機的控制方法，求得直流電機的控制量；再經過相應的坐標反變換，求得交流電機的控制量，從而控制交流電機。

無論是交流傳動還是直流傳動，電機瞬態還是穩態，傳動系統的根本問題是轉矩的控制。直接轉矩控制(Direct?Torque?Control)作為一種新型的交流電機控制方式，由日本的Takahashi和德國的Denpenbrock于20世紀80年代中期提出。其基本思想是通過控制定子磁鏈來實現轉矩的直接控制，省去了復雜的空間坐標變換和電機模型，并且受電機參數影響的程度相對矢量控制來說也較小。

如今，矢量控制和直接轉矩控制已經成為交流電機高性能控制中使用最為廣泛的控制策略。交流伺服系統正在取代直流伺服系統而成為機器人，數控機床等高性能伺服驅動裝置中的主導伺服系統。正是因為交流伺服系統這種重要性，在大多數工科高校和科研機構相關專業都設置了機電一體化，電氣傳動，自動控制等課程，用來教授電機的相關知識與控制方法。但是由于相關教學實驗設備的稀缺，大多數的教學僅限于課堂教授一些原理，比較抽象，學生難于理解，教學效果不夠理想。

發明內容

本發明的目的是提供一種交流電機驅動控制方法教學實驗系統用于加深學生對交流電機控制理論和方法的理解，同時也增強了學生的動手能力。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種交流電機驅動控制方法的教學實驗系統，包括電源轉換模塊、中央控制模塊、功率驅動模塊、控制參數給定模塊、控制算法選擇模塊、參數測量與顯示模塊、電機加載模塊、上位機模塊、串口、數據采集卡、霍爾傳感器、光電編碼器和電機。

上述各組成部件的作用及相互間的連接關系如下：

所述的電源轉換模塊負責給其他模塊提供電源，并顯示相應的電壓電流值同時具備過流保護功能。電源轉換模塊與其他各個模塊相連。

所述的中央控制模塊收集給定信息、反饋信息和算法選擇信息，將信息整合，通過相應的控制算法計算出控制信號，并將控制信號以脈寬調制波(PWM)的形式發送給功率驅動模塊。中央控制模塊與功率驅動模塊、控制參數給定模塊、控制算法選擇模塊、參數測量與顯示模塊和串口相連。

所述的功率驅動模塊包括光耦隔離子模塊和功率逆變子模塊。它接收從中央控制模塊發出的PWM控制信號，將信號經光耦隔離和功率放大后對電機的直流母線電壓進行脈寬調制，從而實現對電機的控制。功率驅動模塊與中央控制模塊和電機分別相連。

所述的控制參數給定模塊為中央控制模塊提供給定信息，如轉速給定量、轉矩給定量等。控制參數給定模塊與中央控制模塊相連。