基于模型设计多电机驱动实验平台

一、YXMBD系列简介

为了支持高校电力电子和半实物仿真的教学，南京研旭特推出了基于模型设计的电力电子和运动控制系列产品，该系列产品可以满足电气工程、电力电子、自动化和控制科学等工科学科相关的教学与科研需求。

系统提供给学生从电路原理，电路构建，到Simunlnk模型设计以及仿真，直至最后实际功率电路验证等一整套学习过程。这样学生可以首先了解理论层，然后通过离线仿真对理论层加深理解，进而再对实际硬件进行控制，获得真实的控制数据。让学生更加清晰的了解理论、仿真与实际硬件控制的关系。

针对基础教学方面，YXMBD-EMBOX10提供了丰富的实验例程，可以完成《电机与拖动基础》、《自动控制原理》等课程的相关基础实验。实验例程从基础的电路原理介绍、Simulink搭建仿真模型、实际硬件控制等层次入手，由浅入深，循序渐进的指导学生。

二、系统组成

YXMBD-EMBOX10基于模型设计多电机驱动实验平台包含SP1000快速原型控制器、多功能电机驱动板、三合一电机台及磁粉张力制动器。每个平台都有独立的接口，方便拆卸，同时配备独立的实验教程及实例介绍，平台资源丰富，资源齐全，可单独控制，亦可整体工作。

系统需要用到PC机，系统软件主要使用Matlab，研旭组态监控软件（VIEW1000）。

图1  系统实物图

图2  系统组成图

YXMBD-EMBOX10基于模型设计多电机驱动实验平台系统组成介绍：

♦  SP1000快速原型控制器：系统核心控制器，DSP+FPGA双核架构，Simulink模型一键下载，加载后可与VIEW1000上位机软件实时交互数据，方便数据跟踪，波形监控或者在线调参。

♦  电机驱动实验箱：永磁同步电机、直流无刷电机及直流有刷电机共用的功率驱动模块，强弱电隔离设计，电压电流信号采用传感器芯片采集，QEP及CAP接口全引出，保护机制健全。

♦  磁粉制动器：经济型小体积手动张力制动器，百分比电压输出， 0~24V 旋钮调节、数字显示、短路保护及过载保护。

♦  三合一电机台：包含永磁同步电机，直流有刷电机及直流无刷电机，运行时可通过磁粉制动器进行加载。

♦  直流电源：用于驱动板的供电及电机的供电。

♦  Matlab：Simulink 是 MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。在此系统中，模型搭建完成后，可以一键下载到控制器中，省去复杂的设置过程。

♦  VIEW1000：研旭自主开发的上位机软件，采用以太网通讯，用于实现与SP1000的实时数据交互，方便客户进行数据分析，波形监控及在线调参等功能。

三、 产品核心设备介绍

3.1 SP1000快速原型控制器

■ RCP控制器特点

研旭公司推出的YXSPACE产品系列，能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法（Simulink）转换成DIDO、AIAO量，完成实际硬件控制。其基本控制框图如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后，再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件，下载至YXSPACE控制器中运行。

研旭YXSPACE-VIEW1000软件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同时可以实时监测控制过程中的各类运行量，包括采集量、中间控制变量等。YXSPACE-VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助这些功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。

控制器资源

3.2 VIEW1000软件

研旭公司专门为SP1000研发了一套上位机监控软件VIEW1000软件。VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助此监控功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。

软件中包含“控制器设置"界面以及“工作区"界面。

其中“控制器设置"界面共有4类控制器设置，包括仿真步长设置，DO控制源设置，QEP/CAP模式设置，PWM模块设置。

“工作区"包括功能按钮，DO设置，DI显示，设置值，以及观测值等监控功能。

●  建立通信：表示控制器与VIEW1000建立通信关系；

●  停止通信：表示控制器与VIEW1000断开通信关系；

●  设置：表示将设置参数文件下载至控制器中。

●  复位：表示对控制器整体进行复位操作；

●  启动仿真：通知控制器运行simulink模型；

●  录播：将控制器上传的值保存，以便分析查看。

■  Simulink驱动库

研旭自行开发了Simulink驱动库，如下图所示：

在Simulink的库浏览栏中，添加研旭的驱动库，右侧就可以添加各类驱动支持驱动模块，如ADC模块，DAC模块，DI模块，PWM模块，编码器模块以及示波器模块等。用户通过在模型中调用这些驱动模块，就可以将模型与硬件对应起来。

3.3 电机驱动实验箱

3.4三合一电机台

四、实验例程

1、基于模型开发（MBD）理念介绍

2、快速原型控制器（RCP）介绍

3、RCP控制器与matlab对接操作

4、PWM的基本原理和半实物模型分析与搭建；

5、SVPWM的基本原理和半实物模型分析与搭建；

6、直流有刷电机开环控制实验（离线模型+在线模型）；

7、直流有刷电机速度闭环控制实验（离线模型+在线模型）；

8、直流无刷电机开环控制实验（离线模型+在线模型）；

9、基于霍尔传感器的直流无刷电机速度闭环控制实验（离线模型+在线模型）；

10、基于磁粉制动器的直流无刷电机速度闭环控制加载实验（离线模型+在线模型）；

11、直流无刷电机无传感器速度闭环控制实验（离线模型+在线模型）；

12、永磁同步电机开环(V/F控制)控制实验（离线模型+在线模型）；

13、基于光电编码器的永磁同步电机速度电流双闭环实验（离线模型+在线模型）；

14、基于光电编码器的永磁同步电机位置速度电流三闭环控制加载实验（离线模型+在线模型）；

五、实验管理及课程培训系统：

实验管理系统主界面

♦  创新的交互式实验课程软件，提供进行实验所需的各种支持。它不仅提供实验过程指导，还提供相关理论知识讲解介绍，记录测量结果，并可导出各类数据。

♦  实验课程软件需集成所有的实验例程，统一在一个软件中运行，可一键打开，自动完成程序的下载、仿真以及数据的在线观测。

♦  实验课程软件需提供进行实验所需的各种支持。包括但不限于实验指导书，相关理论知识讲解、自动记录实验过程中的各种数据，导出各类数据。  

♦  支持Matlab运行环境及Simulink实验仿真模型，结合实验课程，可直接一键打开模型并自动搭建UI界面，提供离线模式和在线模型，可直接进行仿真实验验证。

♦  每一个例程都提供离线仿真模型和实物控制模型，学生导入模型，进行虚拟仿真和实物控制的实验验证。

独立例程说明书集成可直接打开

♦ 集成所有实验例程，系统可自动导入相应实验的Simulink控制模型，无需打开其他软件。

♦ 可导入预设实验控制界面，集成章节化的实验说明手册，在实验工程文件基础上按照实验指导进行控制操。

离线matlab模型集成调用

在线matlab模型集成调用

♦  可自动抓取实验数据、完善实验报告，提交实验报告，若有其他开放性实验，可自己建立相关模型进行验证。

♦  可自动保存实验过程中产生的各种数据，支持自主导入控制模型，进行快速原型控制器的程序一键生成与烧写。

录波数据显示

♦ 数据库管理系统，并具备录波功能，波形数据可直接在matlab或第三方软件中打开并查看。