[發明專利]多功能電機控制策略測試實驗裝置及其應用

有效

• 申請號: 201310321014.9
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103345245A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 林立
• 申請（專利權）人: 邵陽學院
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

????本發明涉及同一平臺進行六種不同類型電機控制策略的測試實驗裝置，本發明還涉及該裝置的應用。適用于高年級本科生、研究生、科研人員進行不同電機控制策略的性能測試實驗及DSP2812評估板，為實驗提供硬件支撐平臺。

背景技術

現代電力傳動在高鐵、輕軌、動車、機床、航空、航天、戰艦、機器人、變頻、伺服系統領域得到廣泛應用，不同的應用對象，傳動系統采用的電機也不同，電力傳動用電機主要有直流電機、異步電機、永磁同步電機、永磁無刷電機、步進電機和新開發的五相電機(五相異步電機和五相永磁同步電機)(簡稱六類電機)等，各種電機系統為提高各自的性能，可采用不同的控制策略，但驗證控制策略是否有效，必須經過實驗驗證，為此必須建立實驗平臺。傳統的方法是不同的電機系統建立不同的實驗平臺，然后在建立的實驗平臺上進行實驗，這種方法的弊端是電機實驗平臺通用性差，因而實驗裝置的功能單一、性價比較低。至今為止，未見有適合于多種電機多種控制策略驗證及兼有DSP2812評估板功能實驗裝置的發明報道。

發明內容

本發明的目的是為了提高實驗平臺的性價比和通用性，開發一種高性價比、多功能電機控制策略實驗裝置，提供一個多功能、性價比較高的實驗平臺。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：多功能電機控制策略測試實驗裝置，硬件電路由主電路、檢測電路、控制電路、驅動電路四部分構成。主電路中整流、限流、濾波、泵升電壓泄放電路、功率變換電路依次連接。電壓檢測電路檢測整流后的直流母線電壓，電流檢測電路檢測直流母線電流，溫度檢測電路檢測功率變換板的溫度，電流檢測電路檢測功率變換電路出線端的電流，光電碼盤電路檢測被控的電機轉速與DSP2812的QEP1和QEP2相接。采用DSP+CS51單片機雙CPU架構，控制電路由DSP2812控制系統及CS51單片機輸入、顯示及其外圍電路構成，DSP2812控制系統電路配以存儲器擴展、I/O口、SPI、eCAN、A/D及事件管理器EV，并為電流檢測及轉速檢測預留了接口電路，便于實現二次開發及不同電機控制策略的驗證，基于CS51為核心的鍵盤和顯示電路，實現有關參量的輸入及速度、電流或電壓的顯示，采用的雙CPU結構提高系統的運算速度。驅動電路采用高速光隔，實現控制電路和功率變換電路的連接。

功率變換電路由五個獨立的橋臂構成，通過改變輸出端子與被控電機的接線方式，分別對六類電機進行多種控制策略的驗證，在功率變換電路五個橋臂中：任接兩個橋臂可搭建直流電機的H型橋式直流斬波調壓電路；任接三個橋臂可搭建對異步電機的變頻變壓逆變電路；任接三個橋臂可搭建對無刷直流電機(BLDCM)或永磁同步電機(PMSM)的變壓變頻逆變電路；任接四個橋臂可以搭建步進電機控制電路；連接五個橋臂可搭建五相異步電機或五相永磁同步電機變壓變頻逆變電路。

多功能電機控制策略測試實驗裝置的應用，主要有以下七個方面：

一是功率變換電路連接直流電機時，DSP2812通過事件管理器EVA或EVB產生互補對稱的4路PWM脈沖實現對H型橋式電路的脈寬調制調壓調速；可進行H型橋式單極性、雙極性和受限單極性轉速單閉環、電流和轉速雙閉環、及位置、電流和速度三閉環直流電機控制策略的實驗研究，也可在此基礎上開發新的控制策略研究，如模糊、智能PI、非線性解耦高性能控制策略的研究，研究直流電機的不同控制策略，如轉速負反饋單閉環直流調速、帶電流截止的轉速負反饋直流調速、電流內環轉速外環雙閉環直流調速以及位置環、速度環和電流環三環伺服系統，不同性能的控制策略用DSP2812系統C語言編程實現。

二是功率變換電路連接異步電機時，用DSP系統C語言編程，可進行基于穩態模型的開環變壓變頻調速和轉差頻率閉環控制的變壓變頻調速實驗研究，也可進行基于動態模型的矢量控制、直接轉矩控制及其他高性能控制策略的研究，如非線性狀態反饋線性化、滑模變結構、模糊、神經網絡等控制策略DSP的事件管理器EVA或EVB產生六路帶死區的互補對稱的PWM脈沖，控制3個橋臂中的六個電力電子器件，實現對異步電機的變壓變頻控制研究基于異步電機穩態模型的VVVF開環控制和轉差頻率?VVVF閉環控制，研究基于動態模型的矢量控制和直接轉矩控制，也可研究其他新型控制策略，如無速度傳感器控制、非線性解耦控制、滑模變結構控制、模糊控制。