基于dSPACE的電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究
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從圖1可以看出，基于dSPACE的電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以dSPACE為控制核心，在外圍還需要擴(kuò)展一些相關(guān)電路，如隔離電路、信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)和功率橋電路、保護(hù)電路等，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
1．1 dSPACE本身硬件部分
dSPACE本身已經(jīng)集成好的硬件部分包括DSl005PPC控制板、DS4002多I／O板、DS2001AD采集板和DS3002旋轉(zhuǎn)編碼器接口板等。通過CP4002多I／O板，可以輸出6路PWM電機(jī)控制信號(hào)以控制功率器件的開通和關(guān)斷；通過DS2001AD采集板可以采集電機(jī)的電壓和電流等模擬量，尤其是當(dāng)需要同時(shí)采集更多路數(shù)的模擬量時(shí)，可以使用具有32路A／D采集的板卡DS2002／2003；另外通過DS3002旋轉(zhuǎn)編碼器接口板，可以直接將電機(jī)后部帶的編碼器信號(hào)輸入至DSl005PPC，從而用于速度檢測(cè)；此外還有DS2102DA輸出板，可以利用它來輸出一些信號(hào)以方便調(diào)試。
1．2 外圍擴(kuò)展電路部分
外圍擴(kuò)展電路部分主要包括PWM信號(hào)反相和死區(qū)產(chǎn)生電路、模擬和數(shù)字隔離電路、電壓和電流采集及信號(hào)處理電路、驅(qū)動(dòng)和功率橋電路和保護(hù)電路等。
由于篇幅所限，此處只給出PWM信號(hào)反相和死區(qū)產(chǎn)生電路，如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162730.htm
針對(duì)控制過程中逆變器同一橋臂的上、下功率器件控制波形反相的特點(diǎn)，控制軟件只需輸出三路PWM控制信號(hào)而由硬件進(jìn)行反相處理，此外，由于控制電機(jī)時(shí)的PWM脈寬調(diào)制均采用180°PWM導(dǎo)通方式，為避免逆變橋上、下橋臂功率器件同時(shí)導(dǎo)通而燒毀功率器件，所以還需在上、下橋臂的PWM控制信號(hào)之間加以幾個(gè)微秒的信號(hào)延遲，稱為死區(qū)時(shí)間。本文采用由硬件電路來進(jìn)行PWM控制信號(hào)的反相和產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間，這樣做的好處在于可以減少軟件的運(yùn)算時(shí)間和節(jié)省存儲(chǔ)空間，且可靠性更高。這樣，三路PWM控制信號(hào)輸入PWM信號(hào)反相和死區(qū)產(chǎn)生電路后，輸出為具有幾個(gè)微妙的死區(qū)時(shí)間的六路PWM電機(jī)控制信號(hào)，從而很方便地用于電機(jī)控制。圖2顯示了三路中的一路PWM信號(hào)反相和死區(qū)產(chǎn)生電路。該電路主要使用了反相器74HC04來對(duì)PWM信號(hào)實(shí)施反相，同時(shí)還利用了電容沖、放電過程及整形電路來產(chǎn)生死區(qū)時(shí)間，其中，死區(qū)時(shí)間的大小可以通過選擇電容或電阻參數(shù)來設(shè)置。
2 Matlab／Simulink實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图癛TI接口模塊
在控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)搭建完成的基礎(chǔ)上，基于dSPACE的控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)相比于采用DSP的常規(guī)的方法來說非常簡(jiǎn)單，可以節(jié)省大量的編程時(shí)間。由于控制系統(tǒng)的算法事先都在Matlab／Simulink中離線仿真得到實(shí)現(xiàn)，因此軟件設(shè)計(jì)只需要將Matlab／Simulink中仿真時(shí)的所有輸入／輸出接口模塊用dSPACE的RTI模塊(如圖3所示)代替并進(jìn)行單位變換等簡(jiǎn)單運(yùn)算，因?yàn)榇藭r(shí)所有輸入或輸出信號(hào)均是針對(duì)實(shí)際物理量，因此軟件中參與運(yùn)算的這些輸入或輸出信號(hào)的單位應(yīng)與實(shí)際物理量的單位一致。
比如：在采集電機(jī)電流iA時(shí)，硬件上已經(jīng)利用傳感器和信號(hào)處理等電路將電流信號(hào)采集并轉(zhuǎn)換成±10 V的電壓信號(hào)輸入到了DS2001AD采集板的ADC#1通道，此時(shí)在軟件上將原來離線仿真模型中從電機(jī)仿真模型得到的電流反饋信號(hào)用DS2001_B1(見圖3)的RTI接口模塊替換，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的單位換算以保證最終參與運(yùn)算的電流值與實(shí)際的電流值大小一致。離線仿真模型經(jīng)過dSPACE的RTI模塊替換之后，同時(shí)將仿真模型中的電機(jī)用實(shí)際電機(jī)代替就可以得到Matlab／Simulink實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。圖3顯示了建立Matlab／Simulink實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷某Ｓ玫膸追NRTI接口模塊：PWM接口RTI模塊(DS4002PWM3 OUT)、編碼器接口RTI模塊(DS3002HW INDEX B1 C1／DS3002POS_B1_C1)、A／D接口RTI模塊(DS2001_B1／DS2002_B1／DS2003_B1)和D／A接口RTI模塊(DS2102_B1)等。
3 基于dSPACE的電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)步驟
在硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建完成后，基于dSPACE的電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開發(fā)步驟包括以下幾點(diǎn)：
(1)Matlab／Simulink模型建立及離線仿真。利用Matlab／Simillink建立仿真對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)控制方案，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行離線仿真。
(2)輸入／輸出接口(I／O)的接入生成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在Matlab／Simulink中保留需要下載到dSPACE中的模塊，從RTI庫中選擇實(shí)時(shí)控制所需的I／O模塊，用硬件接口關(guān)系替換原來的邏輯連接關(guān)系，并對(duì)I／O參數(shù)進(jìn)行配置，在一些特殊情況下還需要設(shè)置軟硬件中斷優(yōu)先級(jí)。
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