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四軸永磁同步電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)-基于GD32F470+F28335
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解決方案
電機(jī)驅(qū)動(dòng)測試與實(shí)驗(yàn)
四軸永磁同步電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)
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方案介紹
四軸永磁同步電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)
- 四軸永磁同步電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)主要用于四機(jī)協(xié)控系統(tǒng)典型部件動(dòng)力學(xué)特性數(shù)字模擬、控制算法在線仿真與驗(yàn)證。
- 四機(jī)協(xié)控?cái)?shù)字仿真與驗(yàn)證平臺(tái)由直流電源、四機(jī)協(xié)控典型部件數(shù)字模擬單元、四機(jī)協(xié)控控制算法仿真與驗(yàn)證單元、信號(hào)采集單元等部分組成。
系統(tǒng)組成介紹：
四軸永磁同步電機(jī)控制開發(fā)平臺(tái)主要用于典型部件動(dòng)力學(xué)特性數(shù)字模擬、控制算法在線仿真與驗(yàn)證。其中直流電源采用的YXPHD高壓可編程直流電壓，典型部件數(shù)字模擬單元，由四個(gè)永磁同步電機(jī)機(jī)組組成，該機(jī)組主要有750W,3000RPM的永磁同步電機(jī)、高精度扭矩轉(zhuǎn)矩傳感器、磁滯制動(dòng)器組成，機(jī)組的控制單元，采用的DSP F28335為CPU的核心控制單元，控制器結(jié)構(gòu)開放，程序開放，磁滯制動(dòng)器的加載由制動(dòng)器電源DSC-1控制，四個(gè)電機(jī)的控制器，通過CAN總線與綜合協(xié)調(diào)控制器進(jìn)行通信，由綜合協(xié)調(diào)控制器來協(xié)調(diào)控制四個(gè)數(shù)字模擬單元，協(xié)調(diào)控制器的具體控制指令、電機(jī)控制器的編程、磁滯制動(dòng)器的控制器的綜合監(jiān)控由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)實(shí)物圖
機(jī)柜介紹：
系統(tǒng)框圖：
在產(chǎn)品研發(fā)前期、算法驗(yàn)證階段，若采用實(shí)際控制器進(jìn)行控制時(shí)，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(yàn)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(chǔ)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(shí)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(yàn)，同時(shí)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。
可升級(jí)為模型控制：
YXSPACE-SP1000 快速原型控制器
YXSPACE-SP2000 快速原型控制器
YXSPACE-SP6000 快速原型控制器
本系統(tǒng)推薦使用SP1000快速原型控制器
SP1000控制器介紹 ：
 | YXSPACE-SP1000快速原型控制器 研旭公司推出的YXSPACE產(chǎn)品系列，能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計(jì)的圖形化的高級(jí)語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實(shí)際硬件控制。 |
28335板卡介紹 ：
 | YXDSP-28335 控制板采用的是我們公司自主研發(fā)的YXQJ-F28335 Mini核心板，本板卡具有多個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，主要包括高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。可以根據(jù)用戶不同的需求搭配我們公司自主研發(fā)的各種系列底板一起使用。 |
28335硬件資源 | |
| 名稱 | 介紹 |
| CPU | F28335，32位浮點(diǎn)型DSP，主頻150M |
| ADC | 2×8 通道，12 位，80ns 轉(zhuǎn)換時(shí)間，0—3V 輸入量程 |
| 通訊接口 | CAN，485，232 |
| PWM | 12路 |
| 外擴(kuò)存儲(chǔ) | 外擴(kuò) 512K*16bit的RAM，256K的EEPROM |
| 其他 | 2路QEP，3路CAP等等 |
YSDSP系列開發(fā)板 ：
GD32板卡介紹 ：
GD32簡介 ：
控制板采用的是我們公司自主研發(fā)的YXQJ-F28335 Mini核心板，本板卡具有多個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，主要包括高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。可以根據(jù)用戶不同的需求搭配我們公司自主研發(fā)的各種系列底板一起使用。
驅(qū)動(dòng)板 ：
| 研旭電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是基于YXPHM-MDBL4-60-12-1改版設(shè)計(jì)而來，可用于中小功率電機(jī)的的驅(qū)動(dòng)。典型應(yīng)用:750W,48V的電機(jī)。例如，增量式ABZ光電編碼器的永磁同步電機(jī)，帶霍爾位置傳感器的直流無刷電機(jī)，有刷直流電機(jī)、低壓異步電機(jī)。 其主電路采用經(jīng)典三相橋，功率器件采用N溝道MOSFET（HYG028N10），隔離芯片采用IS3211。在電源部分，采用了強(qiáng)弱電隔離設(shè)計(jì);電壓采樣、電流信號(hào)采用傳感器芯片(CC6903SO-30A)采集;QEP及CAP接口全引出;過流、過壓、溫度保護(hù)機(jī)制健全。本說明書主要介紹該電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的具體構(gòu)成。 |  |
協(xié)控機(jī)組：
電機(jī)機(jī)組由永磁電機(jī)、磁粉扭矩傳感器、聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器和臺(tái)架組成，經(jīng)過專業(yè)的電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)而成。
電源等其他組成部分：
YXPHD 高壓可編程直流電源 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(shí)現(xiàn)20kVA，輸出電壓可達(dá)到750V，輸出電流可達(dá)到25A-50A。直流電源帶主動(dòng)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(jì)，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(dòng)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%。 |  |
| DCS-500/1000 雙通道智能電流源，兩種控制方式，程序控制和旋鈕控制，我們?cè)诒鞠到y(tǒng)中采用的是程序控制，通過485與其進(jìn)行通訊。支持雙檔位調(diào)節(jié)，250mA檔位和500mA檔位。 |  |
帶有顯示屏的扭矩傳感器，實(shí)時(shí)扭矩顯示在扭矩傳感器上方的顯示屏中，參數(shù)上傳到上位機(jī)
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軟件設(shè)計(jì)：
驅(qū)動(dòng)板程序設(shè)計(jì)：
控制板程序設(shè)計(jì)：
 | GD32程序設(shè)計(jì) GD32在整個(gè)系統(tǒng)中主要的作用是通過網(wǎng)口接收上位機(jī)下發(fā)的指令，經(jīng)過解析，然后在通過CAN通訊下發(fā)到四個(gè)分控平臺(tái)。整個(gè)過程中起到了一個(gè)橋梁的作用，也是相當(dāng)重要的。 |
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)-主界面：
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)-扭矩界面：
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)：
上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)-分控界面：
 | 單機(jī)組控制界面 每個(gè)機(jī)組都有對(duì)應(yīng)的控制界面，可以單獨(dú)控制轉(zhuǎn)速、帶載電流和電機(jī)的啟停，也可查看電機(jī)運(yùn)行的參數(shù) |
實(shí)驗(yàn)操作——第一步：
| 打開系統(tǒng)總控 采用ABB的安全空開 系統(tǒng)的總電源是通過一條三相插頭進(jìn)行供電，用戶將插頭插入220V即可。 系統(tǒng)電源插頭插入插座后，向上撥動(dòng)空開即可給整個(gè)系統(tǒng)上電，整個(gè)操作流程用戶需注意用電安全。 |  |
實(shí)驗(yàn)操作——第二步：
實(shí)驗(yàn)操作——第三步：
| 軟件連接 連接上位機(jī)軟件 用網(wǎng)線將計(jì)算機(jī)與GD32板卡的網(wǎng)口進(jìn)行連接，將232通訊設(shè)備接入計(jì)算機(jī)的USB口。打開計(jì)算機(jī)的設(shè)別管理器查看是否有四個(gè)連續(xù)的COM號(hào)（232設(shè)備的四個(gè)端口） 點(diǎn)擊主界面右上角的“通信設(shè)置”按鈕，將彈出如下所示界面。在此界面可以進(jìn)行電機(jī)的通信配置，檢查COM號(hào)與計(jì)算機(jī)的設(shè)備管理器中的四個(gè)COM是否一致。網(wǎng)絡(luò)IP以及端口號(hào)需與程序中一致，這里保持默認(rèn)即可。點(diǎn)擊確定設(shè)置完畢 |  |
實(shí)驗(yàn)操作——第四步：
實(shí)驗(yàn)操作——第五步：
實(shí)驗(yàn)操作——第六步：
 | 在單電機(jī)界面的磁粉制動(dòng)器界面中進(jìn)行電流設(shè)置，然后點(diǎn)擊設(shè)定按鈕即可；在主界面的磁粉制動(dòng)器界面中進(jìn)行電流設(shè)置，然后點(diǎn)擊設(shè)定按鈕即可；不同的轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電流范圍有所不同，建議在加載的時(shí)候從最小電流開始逐步往上加載，不宜一次性加載過大，如果電機(jī)加載過大會(huì)導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉負(fù)載和電機(jī)重新開始實(shí)驗(yàn)。 |
實(shí)驗(yàn)操作——第七步：
 | 當(dāng)前界面可以實(shí)時(shí)觀測機(jī)組的三相電流、直流電壓、直流電流、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和扭矩等  |
實(shí)驗(yàn)操作——變速運(yùn)行：
注意事項(xiàng)
（1）機(jī)組臺(tái)架接線時(shí)注意機(jī)組的四個(gè)航空插口不要接錯(cuò)，并檢查接線是否穩(wěn)固；
（2）運(yùn)行電機(jī)時(shí)，需要等到電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后才能做加載實(shí)驗(yàn)；
（3）在給機(jī)組加載時(shí)，不宜加載過大或卸載過大，需穩(wěn)步增加，如果加載或卸載過大導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，請(qǐng)立刻卸載并關(guān)閉電機(jī)；
（4）請(qǐng)勿私自更改智能加載所用的智能電流源的硬件撥碼開關(guān)，撥碼開關(guān)在出廠時(shí)已經(jīng)按需求設(shè)置完成；
（5）當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，可直接拉下系統(tǒng)空開斷電即可。
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