研旭著力于嵌入式領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域進(jìn)行上下游產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售

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SOLUTION

直流回饋電機(jī)控制測試系統(tǒng)

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直流回饋式電機(jī)控制實驗系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動測試與實驗

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方案介紹

基于快速原型控制的電機(jī)對拖測試系統(tǒng)采用直流回饋，其直流母線可以由電網(wǎng)（單相或者三相）經(jīng)整流模塊整流形成，也可以由高精度直流電源形成，驅(qū)動電機(jī)與負(fù)載電機(jī)的變流器各需要一個全控的DC/AC變流器組，不需要采用背靠背變流器組，其變流器組封裝形式根據(jù)用戶需求進(jìn)行相關(guān)定制，變流器組的控制器支持DSP核心板（CCS編程）或者yxspace快速原型控制器（代碼自動生成）進(jìn)行控制，提供DSP測試算法例程與快速原型控制器生成代碼的模型，負(fù)載端有單獨(dú)加載控制軟件，可以進(jìn)行加載方式控制。

系統(tǒng)拓?fù)淙缦滤?/h4>
圖1 直流回饋電機(jī)控制測試系統(tǒng)

系統(tǒng)特點(diǎn)

1、系統(tǒng)采用對拖機(jī)組回饋方案，相比耗能加載方式，系統(tǒng)為節(jié)能測試方式，系統(tǒng)損耗為變流器組與電機(jī)本身損耗，負(fù)載損耗很小。
2、系統(tǒng)采用直流母線回饋，驅(qū)動端與負(fù)載端都只需要一個AC/DC變流器組即可，相比交流回饋，少了一半變流器組。
3、系統(tǒng)采用直流母線回饋，根據(jù)實際需求來配置直流母線。可以實現(xiàn)單相供電系統(tǒng)來測試三相機(jī)組。
4、系統(tǒng)采用對拖機(jī)組回饋，可以實現(xiàn)較小容量的配電系統(tǒng)來測試較大容量的機(jī)組。
5、系統(tǒng)采用YXPHM開放式功率硬件，硬件系統(tǒng)開發(fā)，可靠，可支持YXDSP核心板變成控制與YXSPACE快速原型控制器自動代碼生成控制。
6、系統(tǒng)提供算法樣例供快速評估或者迭代

系統(tǒng)典型配置清單

表1 系統(tǒng)典型配置清單

序號	產(chǎn)品名稱	備注
1	對拖電機(jī)機(jī)組及臺架	1、測試電機(jī)與負(fù)載電機(jī)（陪測電機(jī)）轉(zhuǎn)速、功率 2、可以根據(jù)需求定制不同類型臺架 3、電機(jī)按需配置永磁（內(nèi)置、表貼）、三相、四相、六相永磁，異步，直流有刷，直流無刷，磁阻，雙饋
2	測試電機(jī)逆變器（DC-AC）	1、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按需配置，典型三相兩電平、三電平 2、功率器件按按需配置，典型IGBT,SIC 3、硬件結(jié)構(gòu)開放，在硬件上采用分體化設(shè)計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化設(shè)計，各個模塊方便替換 4、可同時具備TMS320F28335 DSP核心板控制器與RCP控制器接口 5、健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等 6、人機(jī)交互：具備LCD顯示屏，可通過顯示屏查看并設(shè)置各種參數(shù)，用戶也通過RS485通訊口連接PC機(jī)，提供通訊規(guī)約，可以查詢模塊的狀態(tài)信息，實時波形，下發(fā)操作指令。
3	負(fù)載電機(jī)變流器（AC-DC）	1、三相兩電平，IGBT構(gòu)成 2、硬件結(jié)構(gòu)開放，在硬件上采用分體化設(shè)計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化設(shè)計，各個模塊方便替換 3、同時具備TMS320F28335 DSP核心板控制器與RCP控制器接口 4、健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。 5、人機(jī)交互：具備LCD顯示屏，可通過顯示屏查看并設(shè)置各種參數(shù)，用戶也通過RS485通訊口連接PC機(jī)，提供通訊規(guī)約，可以查詢模塊的狀態(tài)信息，實時波形，下發(fā)操作指令。
4	快速原型控制器	1、按需求配置 SP1000\SP2000\SP6000 2 支持Simulink代碼自動生成和基于模型的程序設(shè)計；算法的Simulink模型可直接仿真下載到快速原型控制器的過程，能方便地使用Matlab/Simulink進(jìn)行控制算法設(shè)計并在線實時仿真的功能，無需了解軟硬件實現(xiàn)及編程過程，就能進(jìn)行控制設(shè)計和調(diào)試。 3 控制器需采用雙DSP+多組FPGA雙核結(jié)構(gòu)，主控制器采用TMS320F28377，雙核200MHZ*2主頻，超快的運(yùn)算速度、封裝的底層驅(qū)動，方便進(jìn)行電力電子、電機(jī)驅(qū)動等復(fù)雜算法的研究。 4 具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費(fèi)時間去查詢硬件映射。多種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。 5 用戶可以隨意拖拽即可完成與硬件的連接，同時，配套了組態(tài)式的上位機(jī)，可以查看模型中任何的中間變量，可隨時觀測各種關(guān)鍵變量，從而做出相應(yīng)參數(shù)上的更改。 6 需采用總線擴(kuò)展方式，采用插卡方式，各個子板卡可進(jìn)行擴(kuò)展，不接受單板卡方式。用戶根據(jù)實際功能需求，可以靈活配置板卡種類，基本配置是CPU板卡、模擬采集ADC板卡、模擬輸出DAC板卡、數(shù)字輸出DO板卡、數(shù)組輸入DI板卡、脈寬調(diào)制PWM板卡。
5	基于模型開發(fā)快速原型監(jiān)控系統(tǒng)	1、將Simulink模型與快速原型控制器硬件結(jié)合在一起，下載到控制器中執(zhí)行，控制器運(yùn)行過程中，此軟件可以將Simulink模型中想要查看的各類控制量直觀顯示，也可以隨時修改各類控制參數(shù)，讓控制器實時響應(yīng)，從而實現(xiàn)了真正的在線仿真。 2、在線仿真運(yùn)行界面，采用組態(tài)方式，科研者根據(jù)自己需求，可以隨意添加控件，具備實時錄波功能，可完整錄制整體系統(tǒng)運(yùn)行的波形數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)可以保存為mat和xls格式，波形數(shù)據(jù)可以通過matlab軟件直接打開并查看。 3、軟件具備三類設(shè)置，包括通信IP、板卡的數(shù)量設(shè)置；PWM設(shè)置，主要指示PWM的頻率值，死區(qū)值，以及動作有效值，編碼器精度值等；顯示界面設(shè)置，用于最終的數(shù)據(jù)查看以及設(shè)置。顯示界面中包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、示波器控件。 4、組態(tài)化軟件需具備遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、示波器控件。 5、系統(tǒng)需具備以下配置功能：通訊設(shè)置，主要設(shè)置通信的IP地址； PWM_A設(shè)置，對PWM_A板卡的PWM進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置PWM的頻率值，死區(qū)值，倍頻值，互補(bǔ)設(shè)置，相位使能等； PWM_B設(shè)置，對PWM_B板卡的PWM進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置PWM的頻率值，死區(qū)值，倍頻值，互補(bǔ)設(shè)置，相位使能等； DO設(shè)置，主要設(shè)置DO的控制源，要么由simulink模型控制，要么由rcp軟件控制； QEP設(shè)置，主要設(shè)置編碼器的精度。開始通信：表示仿真機(jī)與RCP建立通信關(guān)系；停止通信：表示仿真機(jī)與RCP斷開通信關(guān)系；復(fù)位：表示對仿真機(jī)整體進(jìn)行復(fù)位操作；保護(hù)：通過保護(hù)界面設(shè)置值，可以輔助仿真機(jī)按照極限值進(jìn)行保護(hù)；啟動仿真：通知仿真機(jī)運(yùn)行simulink模型；開始錄播：將仿真機(jī)上傳的值保存，以便分析查看。
6	開放式功率硬件開發(fā)系統(tǒng)	1、生成代碼的模型例程 2、DSP工程 3、系統(tǒng)調(diào)試
7	電機(jī)測試管理系統(tǒng)	1、監(jiān)控數(shù)據(jù)管理轉(zhuǎn)矩、扭矩實時波形顯示、記錄，變流器電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)記錄 2、負(fù)載加載可編程控制?？梢酝ㄟ^軟件下發(fā)預(yù)設(shè)加載數(shù)值與加載曲線。
8	高精度可編程直流源	按需求配置，研旭高精度可編程直流源價廉物美，超高性價比

系統(tǒng)根據(jù)實際測試或者實驗需求，可進(jìn)一步考慮的選配件如圖2所示

圖2 典型可選配置

選配件功能列表簡要說明如表2
表2 選配件功能列表

序號	產(chǎn)品名稱	功能簡述
1	功率分析儀	精確效率測試、分析需求時配置
2	轉(zhuǎn)矩傳感器	需要精確測試轉(zhuǎn)矩情況下配置，例如機(jī)械特性曲線測試、齒槽轉(zhuǎn)矩測試等
3	振動加速度傳感器	需要測試機(jī)組振動的場合
4	故障電機(jī)	按照需求例如匝間短路、退磁、轉(zhuǎn)子斷條
5	故障軸承	按照需求配置，研究故障傳動影響
6	慣性輪	按照需求配置，有慣性輪情況下，直流回饋方案中直流電源要配置雙向直流電源
7	傳動齒輪箱	按照需求配置，可以配置故障齒輪以及研究齒輪箱的相關(guān)問題
8	高性能示波器	按照需求配置
9	三維可調(diào)臺架	按照需求配置

主要設(shè)備參考說明
永磁電機(jī)對拖平臺

產(chǎn)品參考圖如圖3

圖3 對拖平臺參考圖

測試電機(jī)逆變器

直流輸入（可編程直流電源輸入），交流輸出（驅(qū)動電機(jī)），封裝形式可以選擇亞克力開放式封裝，機(jī)架式，壁掛式，與柜裝式。下圖為柜裝式參考設(shè)計。

圖4 柜子示意圖

其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示

圖5 YXPHM-TP3xb 主電路T型拓?fù)涫疽?br>

具體可以參考YXPHM功率硬件模組
負(fù)載電機(jī)整流器

通過將對拖機(jī)組的負(fù)載電機(jī)發(fā)的電整流回饋到響應(yīng)的直流母線中，封裝形式可以選擇亞克力開放式封裝，機(jī)架式，壁掛式，與柜裝式，根據(jù)實際條件也可以和驅(qū)動側(cè)合并組柜。
下圖為柜裝式參考設(shè)計。

圖6 柜子示意圖

YXPHM-TP210b-II采用基于模型設(shè)計的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發(fā)經(jīng)驗，對該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動電路、傳感器電路、信號處理電路進(jìn)一步集成。三相橋式全控型變流器在新能源變流器、電機(jī)控制、電能質(zhì)量控制等應(yīng)用中都非常廣泛，其主要由IGBT、二極管、IGBT驅(qū)動電路、CPU信號處理單元、繼電器、熔斷器、傳感器、散熱器、電容等組成。YXPHM-TP210b-II主電路拓?fù)涫疽馊缦滤荆浩渫負(fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示

圖7 三相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

快速原型控制器——YXSPACE-SP2000

在產(chǎn)品研發(fā)前期、算法驗證階段，若采用實際控制器進(jìn)行控制時，存在周期長、可靠性差等問題。若采用快速控制原型（Rapid Control Prototyping簡稱RCP），那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗證。
RCP系統(tǒng)在新能源領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，比如光伏變流器、風(fēng)機(jī)變流器、儲能變流器等電力電子變換器。只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型，下載到Y(jié)XSPACE控制器中，即可實現(xiàn)控制過程。從而開發(fā)者可以不用研究任何控制芯片，以及任何嵌入式編程語言，只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。
南京研旭電氣科技有限公司，始終致力于新能源各類產(chǎn)品的研究，也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關(guān)系。多年來積累了很多寶貴的經(jīng)驗，同時也接收很多合作單位的寶貴建議，從而研旭研發(fā)出快速控制原型控制器YXSPACE系列。
YXSPACE-SP2000（以下簡稱SP2000）采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作為核心控制器。研旭選擇此款DSP，正是由于其被廣泛應(yīng)用與各類新能源產(chǎn)品當(dāng)中。所以SP2000快速控制原型在滿足控制需求的情況下，更能貼近實際產(chǎn)品，為開發(fā)者提供更為可靠的驗證結(jié)果。SP2000作為SP1000的升級版本，除了在外設(shè)資源方面多于SP1000，更是在CPU處理能力上做了提升，為更加復(fù)雜的控制場合提供了保障。
實物圖片如圖8、9所示。

圖8 SP2000正面

圖9 SP2000反面

YXSPACE獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)

（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；
（2）在Matlab中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成
（4）模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
（5）性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
（6）具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費(fèi)時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
（7）模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼
研旭SP2000采用外擴(kuò)插卡式結(jié)構(gòu)，簡潔輕便，板卡資源如下表4.1所示：

表4.1 YXSPACE-SP2000硬件資源

研旭電氣專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。VIEW2000軟件主要參考下節(jié)基于模型開發(fā)快速原型監(jiān)控系統(tǒng)。

VIEW2000軟件簡介

研旭電氣專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。
VIEW2000軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。如圖4.13所示。

圖4.14 View2000軟件示意

在實際使用中，用戶只需用鼠標(biāo)拖動各類控件，移至工作區(qū)當(dāng)中，位置根據(jù)需求隨意放置。雙擊控件即可設(shè)置控件的地址號，這樣可完成控件與模型或者硬件的建立關(guān)系，操作極其簡便。

SP2000驅(qū)動庫
研旭自行開發(fā)了Simulink驅(qū)動庫，如下圖所示：

圖4.15 研旭驅(qū)動庫

電機(jī)測試管理系統(tǒng)
電機(jī)測試管理系統(tǒng)，主要實現(xiàn)加載機(jī)組的監(jiān)控管理，其主要功能讀取轉(zhuǎn)矩傳感器、加載電機(jī)變流器等相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩實時波形，電壓、電流、功率等監(jiān)控數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)可以錄波，并進(jìn)行導(dǎo)出。
通過與變流器通信，可實現(xiàn)負(fù)載可編程，可以按照指定曲線進(jìn)行加載。進(jìn)而可以實現(xiàn)加載系統(tǒng)的自動化。例如可以進(jìn)行進(jìn)行突加載、突減載等相關(guān)測試。
其界面如圖所示

圖4.26 電機(jī)測試管理系統(tǒng)

高精度可編程直流源

研旭YXPHD系列高壓大功率可編程直流電源采用全數(shù)字控制技術(shù)，在4U機(jī)箱體積內(nèi)功率可實現(xiàn)20kVA，輸出電壓可達(dá)到750V，輸出電流可達(dá)到25A-50A。
研旭YXPHD系列可編程直流電源帶主動式PFC，功率因素高達(dá)0.99，是采用PWM技術(shù)的高頻開關(guān)式直流電源，模塊化設(shè)計，采用先進(jìn)的DSP數(shù)字控制技術(shù)，具有恒壓、恒流、恒功率模式輸出，可自動交叉變換，維持控制與保護(hù)兼顧特性，確保直流電源輸出的高精度、低紋波、快速瞬態(tài)響應(yīng)，且效率高達(dá)93%；產(chǎn)品主要定位于電子電力生產(chǎn)、蓄電池行業(yè)、PCB板制造行業(yè)及通訊、PLC供電、機(jī)電老化試驗、自動測試系統(tǒng)集成、醫(yī)療器械、工業(yè)、電池充電及模擬、混合動力汽車與光伏逆變器測試研究單位、實驗室對高精度直流電源的需求。

圖4.29 YXPHD電源外觀

系統(tǒng)特性
功率容量5kW-20kW，輸出電壓可達(dá)50V-750V，輸出電流可達(dá)25A~100A
高頻隔離，帶主動PFC功能，滿載功率因數(shù)0.99；
最大工作效率≧95.8% 滿載工作效率可達(dá)≧95.2%；
采用7寸液晶觸摸顯示屏；
全數(shù)位設(shè)計，輸出電壓、電流及功率測量顯示功能；
支持輸入過/欠壓保護(hù)、輸入過流保護(hù)；
支持輸出過壓，過流短路保護(hù)功能、以及過溫度保護(hù)功能；