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新工科電力電子與電機控制教學實驗臺YXMBD-XEM500

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新工科電力電子與電機控制教學實驗臺

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新工科實訓平臺

新工科電力電子與電機控制教學實驗臺

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產品描述

一、現代電力電子技術發展闡述

1.1 電力電子在現代工業中的重要角色

電力電子技術作為門新興的交叉學科，在能源革命中扮演著重要角色，電力電子技術的應用必須要進行相應的充分準備才能將其優勢發揮到最大，否則該技術的潛能不能得到工程技術人員的深刻認識，或者預期的節能效果也可能會因為錯誤的參數設置而無法實現。

現代工業對電氣工程技術人員的專業素質提出越來越高的要求，電力電子專業人員不僅要具備扎實的理論知識、全面的計劃能力，還要掌握接線和參數設置等實踐技能。因此，面向技術應用的高等工程必須要強調實踐導向。

1.2 學習和理解電力電子與驅動技術的基礎知識

研旭電力電子與驅動控制的實驗平臺系統讓學習和實驗變得更簡單、更高效。豐富的基礎和進階實驗硬件配置方案不僅能讓學生進行復雜的實驗，還能夠循序漸進地傳授理論知識，幫助學生獲得工程實踐技能和科研項目經驗。實驗從簡單的晶體管開關開始，到介紹調制方法，再到闡釋復雜的變速直流驅動和三相驅動原理，系統化的實驗項目都配備了內容豐富的互動式實驗教學軟件。詳細的多媒體實驗指導手冊和本安型的實驗設備則讓項目式的實驗學習過程變得輕松有趣。課程軟件能圖形化顯示所有實際測量值或控制實驗硬件設備。軟硬互動的實驗方式大幅提高學習效果。

1.3 現代電氣傳動技術的開發和分析工具

為了應對技術變革帶來的挑戰，現代工業企業迫切需要高素質的工程技術人才，除了掌握扎實的專業知識，他們還要熟悉并掌握在工程技術中廣泛應用的高效工具的使用方法。在全球范圍內，Matlab®/ Simulink®編程語言已成為科學技術計算和仿真的行業標準。借助Matlab®/ Simulink®高級語言及其數值計算、可視化和編程等交互環境，驅動控制技術的開發周期得到大幅縮短。當前，電力電子技術的應用范圍正在不斷擴大。這些工業化的工具使用過程十分復雜，因此必須通過理論聯系實際的方式，特別是借助實驗系統和“半實物仿真”的實驗方式，進行系統地傳授和學習。在培養未來工程師的方面，全世界的高等院校都有義不容辭的責任。

1.4 基于模型開發MBD半實物仿真

研旭驅動控制器可通過編程接口實現自由編程。借助YXSPACE-SP1000實驗系統可在Matlab®/Simulink®中實現復雜變速驅動的快速仿真，然后將生成的代碼程序寫入驅動控制器中。在可變負載條件下，學生還可以使用拓展工具對系統進行復雜分析。Matlab®/Simulink®是高等院校廣泛使用的實驗和科研軟件，研旭電力電子實驗系統實現驅動硬件系統與該軟件的實時互動操作，為電力電子和驅動技術實驗教學和科研提供了一種新方式。

二、實驗平臺介紹

實驗平臺能滿足高等院校“電力電子技術”、“半導體變流技術”、“電機控制（直流電機調速、交流電機調速及變頻調速）”等課程實驗教學。

2.1系統構架

2.2 系統特點

更精細的模塊化單元封裝

采用更為美觀、集成度高的封裝形式；
模塊化更合理，數字化更突出。

更完善的安全保護機制

具備硬件保護和軟件保護雙重保護，可靠性高，軟件保護可大大減少器件的損壞，可避免出現經常換器件的麻煩。

更細致的實驗指導教程

創新的交互式實驗課程軟件，提供進行實驗所需的各種支持。它不僅提供實驗過程指導，還提供相關理論知識講解介紹，記錄測量結果，并可導出各類數據；
理論仿真驗證與實際元件實驗驗證相結合；
在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作；
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。

更靈活，更開放

硬件模塊化設計，多種實驗拓撲模塊可選，同時，可根據需求定制各種不同的功率硬件，拓撲結構、功率級別、傳感器的數量位置等均可以變化；
軟件模塊化設計，編程和監控全部采用基于模型的可視化設計方法，提供各類驗證過的算法模型，可直接組合調用，大大縮短上手時間。

更可信，更可靠

采用高可靠性的功率模塊和經過完善測試的接口模塊，故障率低；
具備數字仿真和物理電路雙重驗證，設計更靈活，實驗數據更具說服力。

2.3 開發設計學習流程

三、實驗內容：

3.1 Matlab/Simulink軟件仿真基礎

1、電力電子技術概念

2、電力電子器件概述

3、Matlab及Simulink介紹

4、PWM的基本原理和控制方法

5、PWM在Simulink的生成

6、SPWM的基本原理和控制方法

7、SPWM在Simulink的生成

3.2 基于模型開發（MBD）半實物仿真介紹

1、基于模型開發（MBD）理念介紹

2、快速原型控制器（RCP）介紹

3、RCP控制器與matlab對接操作

4、Simulink離線模型的分割與硬件模型庫的調用

5、RCP實時仿真監控系統界面的搭建

3.3 晶閘管整流與調壓變換實驗（SCR）

1、單相半波整流電路實驗

2、三相半波整流電路實驗

3、單相橋式半控整流電路實驗

4、三相橋式半控整流電路實驗

5、單相橋式全控整流電路實驗

6、三相橋式全控整流電路實驗

7、單相交流調壓電路實驗

8、三相交流調壓電路實驗

（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真，可相互論證。）

3.4 直流-直流DC-DC變換實驗(MOSFET)

1、Buck斬波電路實驗

2、Boost斬波電路實驗

3、Buck-Boost斬波電路實驗

4、Cuk斬波電路實驗

5、Sepic斬波電路實驗

6、Zeta斬波電路實驗

7、雙向半橋DC/DC斬波電路實驗

8、四開關管Buck-Boost斬波電路實驗

（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真，可相互論證。）

3.5 直流-交流DC-AC變換實驗（IGBT）

1、單相正弦波脈寬調制(SPWM)整流電路實驗

2、三相空間電壓矢量（SVPWM）整流電路實驗

3、單相正弦波脈寬調制(SPWM)獨立逆變電路實驗

4、單相正弦波脈寬調制(SPWM)并網逆變電路實驗

5、三相空間電壓矢量（SVPWM）獨立逆變電路實驗

6、三相空間電壓矢量（SVPWM）并網逆變電路實驗

（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真，可相互論證。）

3.6 多電機驅動控制實驗（永磁電機/無刷電機/直流電機）

1、有刷直流電機的開環控制實驗

2、無刷直流電機的開環控制實驗

3、無刷直流電機的速度閉環控制實驗

4、永磁同步電機的開環V/F控制實驗

5、永磁同步電機的電流閉環控制實驗

6、永磁同步電機的速度電流雙閉環控制實驗

（以上實驗均提供離線模型仿真+半實物模型控制仿真，可相互論證。）

四、系統組成

4.1 電力模塊與接線拓撲

4.2 快速原型控制器（RCP）

采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結果針對實際研究更具有參考性；
保護機制齊全，此部分不需要用戶實際搭建保護模型，只需配置控制量的極限值即可實現實時保護，讓用戶不用為安全保護費心，更多的關注于核心控制算法；
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節，免去一切不必要的麻煩；
具備自主編寫的驅動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數據直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調試需求。

4.3 快速原型監控系統（VIEW1000）

YXSPACE配套上位機監控軟件VIEW1000軟件，采用組態式交互界面，方便用戶靈活、方便的查看控制器的工作信息。下圖為軟件界面。

VIEW1000包括了6類監控功能，分別為功能按鈕、通用DO按鈕、通用DI指示燈、波形顯示、設定數值、回顯數值等。用戶可以借助此監控功能，直觀、方便的了解控制器內部運行的詳細信息。

4.4、模型源代碼

在模型開發的第一階段，往往更加關注控制功能的實現，一旦功能實現后，接下來根據需要進行第二階段，即模型優化階段。但是模型的優化依據，往往需要查看模型轉換的源代碼。此時需要借助TI公司提供的Code Composer Studio開發環境，簡稱CCS，通過CCS軟件導入模型轉換工程，查看產生的源碼文件、內存分配文件等，讓用戶更深了解到轉換底層的信息。只有這樣用戶才能完成更佳的模型優化，甚至是產品級的代碼優化。

具體導入工程的界面如下所示：在CCS環境下，用戶可以方便的查看模型轉換的源文件，源代碼，內存配置等信息。對于反過來的模型優化具有參考意義。當然通過此環境，用戶也可以直接進行代碼修改，實現代碼級優化，而且可以直接下載、調試，為產品級代碼開發提供了條件。

4.5 實驗臺架

以鋁合金材為主體結構，底部采用4個福馬輪，具有定位移動等功能，提供40*40歐標型材框，尺寸不小于1200*700*30作為桌面固定件，40*80歐標型材作為系統主骨架，頂部采用鈑金噴塑，絲印設備型號及名稱等信息，中間放置功能模塊，旁邊放置顯示器支架，可直接掛載顯示器，電腦主機掛載下方。配置桌板，可放置電機和掛件等，實驗臺側面可增加一套導線掛鉤，有利于實驗臺導線的整理，方便老師以及學生的上課。