多电机驱动控制综合实验平台（基础版/高级版）

发布日期：2022-05-06 浏览次数：3025

5.1 多电机驱动控制综合实验平台（基础版/高级版）

产品概述

开源多电机驱动控制综合实验平台是基于TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink开发。由三组电机对拖平台（含高性能扭矩传感器）、电机驱动控制实验箱、上位机和软件包组成。电机包括一台直流有刷电机（汽车电动门窗、座椅、小型自动化设备等广泛应用）、三台永磁同步交流伺服电机（机器人、自动化设备等广泛应用）、一台交流异步电机（特斯拉电动汽车广泛应用）和一台直流无刷电机；硬件原理图全部开源；软件包提供开源的电机驱动控制程序。

系统提供电机驱动控制仿真、信号采集、PWM产生、坐标变换和FOC磁场定向控制、恒压频比调速、电流环、速度环和位置环等内容。可支撑自动化专业、电气工程及其自动化专业、机械设计制造及自动化专业、机器人工程专业、智能科学与技术专业、人工智能工程专业中《电机学》、《电机拖动与控制》、《伺服电机与驱动技术》、《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》等课程的配套实验实践平台，同时可支撑科研工作者开发新型的电机控制模型和算法的科研平台。

产品特点

(1)电机为工业中广泛应用的四种类型（直流有刷电机、直流无刷电机、永磁同步伺服电机和异步电机）。

(2)软硬件底层全部开源，方便二次开发。

(3)基于TI DSP嵌入式和MATLAB/Simulink软件开发，在Simulink中进行模块化编程实现电机的驱动控制，验证各种算法，自动生成代码。

(4)电路模块化设计，可插拔，具有各种编码器接口，信号方便用万用表和示波器观测。

(5)支持PWM和SVPWM、矢量控制等电机驱动控制算法。

(6)支持PID、电流环、速度环、位置环等控制算法。

(7)可通过上位机在线观测、记录、修改参数。

(8)可以实现对拖，施加可变负载，研究高级控制算法在可变负载下的伺服性能。

平台组成

电机驱动控制综合实验平台由实验控制箱和电机对拖平台组成，开发流程如图2所示。

实验控制箱

电机对拖平台

由TMS320F28335 DSP作为主处理器。电机驱动控制程序支持在MATLAB/Simulink中编写、自动生成代码、自动编译下载到控制器中运行。实验控制器和电脑上位机之间通过串口连接。

电机平台由电机本体、扭矩传感器、光电式增量编码器和联轴器构成。电机包括永磁同步电机、直流有刷电机、直流无刷电机和异步电机；编码器线数为2500PPR，4倍频；扭矩传感器测量电机正反转扭矩信号。

图2 开发流程图

实验平台主要参数如表一所示：

表1 电机综合实验平台技术参数

设备名称	主要技术参考指标
硬件电路板	底板	2路增量式编码器调理电路、1路霍尔调理电路、5路开路输出、2路AD输入调理电路（1路正负10V，1路0-5V）、2路按键开关、4路拨码开关、1路蜂鸣器调理电路
	控制板	2路CAN通讯电路、5V转3.3V和1.9V电源电路、1路RS232电路、2片PWM输出3.3V转5V芯片、复位按键及3个接线端子
	电机功率驱动板	6个MOS管及散热片、3个MOS驱动芯片、3个电流采样芯片
	电源板	24V转+15V电路、+15V转+5V电路、+5V转-5V电路
	外部扩展板	1路SCI接口、1路SPI接口、1路并口、2路AD及2路GPIO接口
交流伺服电机	额定电压	36V
	额定功率	200W
	额定转速	3000RPM
	增量式编码器	2500PPR
直流有刷电机	额定电压	24V
	额定功率	205W
	额定转速	2800RPM
异步电机	额定电压	24V
	功率	150W
	转速	1450RPM
	增量式编码器	2500PPR
直流无刷电机	额定电压	24V
	额定功率	200W
	额定转速	3000RPM
扭矩传感器	量程	0-2Nm
	灵敏度	1-1.5 mV / V
	零点输出	±2% F.S.
制动电阻	电阻值	5Ω
制动电阻	功率	200W
其他模块	电源模块、USB数据线、USB转串口、扭矩信号放大器

图3 Simulink控制框图

实验内容

列表2所列实验内容为可以在本平台完成的所有实验列表，所有实验程序均在Matlab/Simulink软件中编写，所有程序源代码均开放，可以自由修改，实验均配有演示视频。

表2 电机平台实验项目

本科和研究生教学课程：

电机学

电机拖动与控制

电力电子技术

MATLAB建模与仿真

伺服电机与驱动技术

电机及电力拖动基础

单片机原理及应用

典型教材推荐：

《电机学》（第七版） [Fitzgerald & Kingsley's Electric Machinery, Seventh Edition][美] Stephen Umans（斯蒂芬·乌曼）著，刘新正，苏少平，高琳译

《电机学》（第三版）戈宝军，梁艳萍，温嘉斌著

《电机及拖动基础》顾绳谷编著普通高等教育电气工程与自动化类“十一五”规划教材

《MATLAB建模与仿真》哈尔滨理工大学副教授，硕导

《电力拖动自动控制系统》运动控制系统（第5版）阮毅，杨影，陈伯时著

《电机与运动控制系统》（第2版） [Electrical Machinery and Motion Control Systems] 杨耕，罗应立著

《计算机控制技术（第四版）》顾德英，东北大学，教授，硕导

《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》袁雷博士

《自动控制原理与设计》（第六版） [Feedback Control of Dynamic Systems, Sixth Edition][美] Gene F. Franklin（吉尼 F. 富兰克林），J.David Powell，Abbas Emami-Naeini 等著，李中华等译

支撑科研方向：

电机参数自动辨识

负载惯量识别

S型曲线速度规划

PI参数自动整定

鲁棒控制

模型预测控制

自适应鲁棒控制

自抗扰控制

案例应用举例