[发明专利]永磁同步电机控制教学实验系统、控制方法、设备及终端

说明书

本发明属于电机控制技术领域，公开了一种永磁同步电机控制教学实验系统、控制方法、设备及终端，永磁同步电机控制教学实验系统包括：控制板、氮化镓伺服驱动板、永磁同步电机、上位机模型以及永磁同步电机FOC控制Simulink自动代码模型；利用Simulink生成代码后下载到控制芯片中，控制芯片发送控制信号给驱动板控制永磁同步电机运行；电机上的增量式光电编码器和驱动板上的电流传感器将电压信号返回给控制芯片，控制芯片将信息处理得到电流转速信息；通过串口将电机运行参数发送给上位机进行实时显示，上位机通过发送控制指令控制电机转速和位置。本发明操作简单，可以实现永磁同步电机控制教学实验和部分控制算法的验证。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机控制教学实验系统、控制方法、设备及终端。

背景技术

目前，国内很多高校电气工程、自动化等相关专业都教授电力传动以及电机控制相关知识，但是进行的电机控制实验一般都只能基于模型平台，而做不到仿真和实验之间的无缝联动，难度主要有以下原因：1)对硬件系统不熟悉，需要学习控制芯片和对应编译软件的使用，增加实验的难度。2)嵌入式代码不像Simulink是图形化界面，学生要有较强的C语言功底并手工编写控制算法代码，编译下载到控制芯片中，这需要学生对硬件和软件都要有进一步的理解，增加了实验难度。3)缺少配套的上位机软件进行数据图像化显示。

因此，亟需建立一种简单方便和易于控制的永磁同步电机实验系统，旨在能够像仿真一样搭建算法生成代码，并下载到硬件中进行实验验证，同时通过串口通信在Simulink中显示实验数据以及发送控制指令。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：1)目前相关电机控制实验及控制算法的验证大多是通过Simulink仿真来完成，通过配置底层代码并按照仿真模型将算法改为C语言代码进行实验验证。仿真与实物实验过程分离，实验周期长；2)在教学中，学生理解并编写代码所需时间长，多数情况下课程学时不够，并未完全理解实验内容，从而导致教学效果不理想。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种永磁同步电机控制教学实验系统、控制方法、设备及终端，尤其涉及一种基于Simulink代码自动生成的永磁同步电机控制教学实验系统、控制方法、介质、设备及终端。

本发明是这样实现的，一种永磁同步电机控制教学实验系统，永磁同步电机控制教学实验系统包括：控制板、氮化镓伺服驱动板、永磁同步电机、上位机模型以及永磁同步电机FOC控制Simulink自动代码模型。

其中，控制板包含控制芯片，控制芯片通过SCI串口与上位机通信连接；控制信号通过功率驱动板控制电机；上位机文件利用Simulink中的SCI_HOST模块和Dashboard库中模块搭建而成，用于实时显示三相电流、转速和转子位置信息，并发送转速和转子位置信息给控制芯片。

系统利用Simulink生成代码后下载到控制芯片中，控制芯片发送控制信号给驱动板从而控制永磁同步电机运行；电机上的增量式光电编码器和驱动板上的电流传感器将采集到的电压信号返回给控制芯片，控制芯片将采集到的信息进行处理得到电流转速信息；通过串口将电机运行参数发送给上位机进行实时显示，上位机通过发送控制指令控制电机转速和位置。

进一步，控制芯片采用TI TMS320F28379D，功率驱动芯片为GaN SystemsGS66508B，电流传感器为莱姆半导体LEM GO10-SME/SP3。

进一步，永磁同步电机FOC控制Simulink自动代码模型包括SVPWM模块、ADC采样模块、eQEP模块、Clark变换和Park变换模块、速度调节器和电流调节器和SCI串口通信发送和接收模块。

其中，SVPWM模块包括Park反变换、电压空间矢量所处扇区判断、电压空间矢量的合成以及电压空间矢量的作用顺序；在ePWM中设置PWM输出I/O口，载波频率100kHz，同桥臂上下开关管死区时间50ns。