1、概述

多電機控制半實物實驗平臺涵蓋了多種類型的常用電機對象，包括步進電機、直流有刷電機、直流無刷電機、交流永磁同步電機，可以為電機拖動與控制、運動控制系統等課程的配套實驗設備。

本平臺提供基礎驗證實驗和創新開發實驗，系統結構簡單、操作便利，能夠幫助學生快速掌握不同常用電機的控制特性，并支持自主設計電機控制算法的驗證。

2、特征優勢

（1）模塊化設計

平臺采用模塊化的設計理念，系統結構清晰，易于維護升級；

（2）開放全環路控制

平臺開放了從電流環、速度環到位置環的電機三環控制回路，用戶可以在示例算法的基礎上，自行開發更高階的控制算法模型；

（3）開發環境友好

系統支持基于MATLAB Simulink進行各種電機控制算法設計，并實現數字仿真到電機實物控制的平滑過渡；

（4）平臺實時性強

控制器采用ARM+FPGA的硬件架構，并運行VxWorks實時系統的解決方案，可以實現100us內的電機最小控制周期；

（5）多樣化的調試手段

實驗過程中提供任意控制參數的在線修改、任意系統變量的在線監測、豐富多樣可任意組合的虛擬儀表監控界面，以及所有觀測數據的實時存儲、離線回放、數據導出等豐富的開發調試手段。

3、實驗內容

（1）直流有刷電機

 ●直流電機正反轉實驗       ●基于PWM的直流電機調速實驗    ●直流電機閉環調速實驗（選修）

（2）步進電機

 ●步進電機控制理論實驗    ●步進電機的位置控制實驗       ●步進電機的編碼器采集、轉速計算實驗  ●步進電機的開環調速實驗   ●步進電機的閉環調試實驗

（3）直流無刷電機：

 ●BLDC控制理論實驗 ●BLDC的霍爾傳感器采集及轉速計算實驗  ●BLDC轉速計算實驗：M法、T法和M/T法☆基于霍爾傳感器的六步換向法控制實驗 ●無傳感器的控制實驗 ●PID閉環控制實驗 ●矢量控制實驗（選修）

（4）交流永磁同步電機

 ●PMSM控制理論實驗 ●PMSM電機啟動實驗 ●PMSM電機堵轉實驗  ●PMSM電機加載實驗  ●SPWM控制實驗●控制接口測試實驗：編碼器、相電流、直流母線電壓采集等  ●開環控制實驗 ●基于矢量算法的三環控制實驗

4、實驗示例

圖1  基于MATLA Simulink設計的PMSM控制模型

如上圖所示，基于MATLA Simulink搭建了針對PMSM的SVPWM控制系統模型，該模型包括編碼器采集和轉速計算、雙環PI調節器、Park和Clarke坐標變換、相電流采集，以及帶死區設置的PWM輸出等。

該模型經過自動編譯后，生成VxWorks系統下可執行的實時代碼，再部署到RT-Cube實時仿真機中運行。RT-Cube替代了伺服控制中的DSP控制板，采集電機編碼器和功率模塊的電壓、電流等信號，經模型解算后，對三相逆變橋輸出3組互補型PWM控制信號。

圖2  PMSM控制實驗軟件監控界面

如上圖所示，RT-Sim主控軟件提供了一個商業級虛擬儀表畫布，用戶可通過拖拽操作自定義監控界面，能夠對模型任意參數進行在線修改，例如PID參數、給點轉速指令等；也能實時在線監控任意變量和采集到的信號狀態，例如傳感器采集到的電流和轉速曲線，以及計算過程中的ID、IQ曲線。

5、選型配置

6、部分用戶

?北京工業大學  ?哈爾濱工程大學 ?重慶大學 ?重慶科技學院 ?西南民族大學 ?北京建筑大學 ?北京理工大學嘉興研究院 ?河南科技大學 ?湖北文理學院 ?四川農業大學 ?湖州師范學院  ?天津職業技術師范大學 ?長春工業大學