伺服控制MBD开发平台精选.pdfVIP

伺服控制MBD 开发平台 1 概述 伺服控制 MBD 开发平台是由北京灵思创奇研制，基于 MBD （Model Based Design ）设计思路，运用数字仿真和半实物仿真等手段，辅助伺服控制系统的开发。 该平台的典型用途包括： 1) 能够进行伺服驱动控制方法研究（矢量控制、直接转矩控制、SPWM、 SVPWM）、控制算法研究（传统PI 控制、分数阶控制、自抗扰控制、滑 模变结构控制、反步控制等），参数辨识（最小二乘、相关辨识等）和自 整定技术研究及其应用，以及无位置传感器控制技术研究及应用等； 2) 能够进行伺服系统性能考核或评测； 3) 能够进行数据保存和曲线绘制等，为测试报告和论文编写提供材料支撑。 2 系统基本组成 实时仿真器 三相交流及母线 单相220V市 电压信号 电输入 电机旋变信号 功率回路驱动 三相动力输出 PWM及保护信号 PMSM （伺服电机） 图1 PMSM 伺服电机半实物开发平台基本连接图 1 伺服控制半实物开发平台主要包括三个部分：实时仿真器、伺服电机、功率回 路驱动。 2.1 功率回路驱动 2.1.1 功率主电路 主要包含整流桥、软启动电路、制动电路（泄放电路）、缓冲电路、直流母线 滤波电路、功率模块（IPM、MOSFET、IGBT ）等。功率主电路的输入可根据具体 使用要求选择使用三相220VAC、单相220VAC、三相380VAC，以及选配专用的 3U 或6U 机柜式直流功率电源供电。其中IGBT 的主要应用在IPM 电流无法涵盖的 情况，或降低系统成本，但保护功能实现较为复杂；MOSFET 适用于低压情况；IPM 适用于高压情况。 2.1.2 检测及信号调理电路 主要包括检测三相电流检测和母线电压检测及其信号调理，以及RDC/SDC 激 磁电源生成等。而RDC/SDC 采用专用解码板卡完成角度检测和角速度计算。 2.1.3 保护电路（机制） 包括过流保护（OC ）、短路保护（SC）、欠压保护（UV ）、过压保护（OV ）、 开关管过温保护（OT ）。 2.2 伺服电机 2.2.1 实体电机 所用电机适用于光电云台、武器跟踪操瞄、电动舵机、机器人、电动车等各种 领域，如各种功率等级的交流永磁同步电机（PMSM ）、交流异步电机、直流力矩 电机、正弦波驱动的力矩电机（低速大转矩的PMSM ）、永磁直流电机，以及开关 磁阻电机等，其中包括三相电机、五相、多相特种电机等。 2.2.2 数字电机 数字电机是一组高精度电机数学模型库，可以在FPGA 上执行，用于伺服控制 器的HIL （hardware-in-the-loop ）测试。首先，采集控制器输出的PWM 驱动信号； 2 然后，在FPGA 上运行的某种特定电机数学模型，并将电机模型的电流、电角度等 通过DA、CDR/CDS 反相变化；最后，将FPGA 输出信号调理成真实控制器所要求 的反馈输入信号。数字电机可用于快速原型控制器的RCP 验证（主要验证控制算法 和数据接口），也可用户实际控制器的HIL 测试（可验证真实控制器的电机控制性 能）。 通过数字电机的接入，可在没有实际的被控对象前完成控制器设计和评估。同 时避免了控制系统在未完善前，对功率回路通电由于控制不当所造成硬件损坏，从 而提高系统研制或开发的效率。 2.3 实时仿真器 图2 实时仿真器外观图 Links-Box 实时仿真器是一款小型化的半实物仿真设备，性能强大、