教学方案 Case
Case 机械工程

基于算法模型快速控制的电机对拖测试平台ModelingTech

Date: 2020-04-09
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基于算法模型快速控制的电机对拖测试平台ModelingTech


一、平台概览

    基于算法模型下载的快速控制原型电机拖动平台,采用先进的代码自动生成技术与模块化硬件电路技术,在配合用户进行算法验证的同时,能够确保模块的安全与使用便利性,开放式的特点也有助于用户后期的使用与拓展。整个系统架构如下图所示:

基于算法模型快速控制的电机对拖测试平台ModelingTech

                         电机测试台机框图


平台具备以下特点:

1.1 高效的算法设计与验证

    快速控制原型设计(Rapid Control Prototyping)是一个在原型硬件上校准控制算法的过程,快速控制原型仿真平台提供了快速方便的方法来导入数学模型,并在与实际I/O连接的实时控制器上运行包含算法模型,配合接口模块,赋予仿真平台原型控制器的功能。利用快速控制原型仿真器,可以减少用户研发或学习阶段在代码转译、硬件定制、调试等方面花费的时间。通过快速控制原型仿真器将算法快速下载实现后,即可控制实际对象联调与测试。相比于传统在离线数字仿真后,将算法模型通过C语言下载到控制板的方式,RCP的方法有如下优势:

    易于部署:快速高效部署控制算法,减少二次开发负担。

    易于联调:方便的与被控对象进行连接,快速发现控制算法中存在的问题。

    灵活性高:RCP仿真平台性能强大,资源丰富,能够满足多样化的研发需求。


1.2 功能丰富的电机台架

   测试台架类型丰富,直流电机性能测试/交流电机性能测试/新能源电机测试/轮毂电机性能测试/伺服电机测功/迟滞测功机/磁粉测功机/直线电机测试/电涡流测功机

    定制性开源变流器/底层算法全开源,可以根据您的需求增加各种信号采样(可定制)

    测试平台负载端X/Z轴自动可调,负载端可切换(空载、电机&迟滞制动器、电机&齿轮箱),切换范围可根据预留安装位。(可定制)

    四象限运行,测功运行时将发电机机械能量转为电能回馈电网,节约能源

    闭环控制,动态响应

    具备过载保护,具有报警和停机保护

    系统可将所有数据导出,绘制相应曲线,具有储存打印功能


1.3 教学与科研相结合

教学实验

    基于实时仿真系统平台的电机测试系统可用于展示电机及控制系统结构、原理认知、电路识读、控制逻辑及原理教学,并开展电机的驱动的设计以及分布式状态数据的系统结构、原理认知及原理教学。使学生对电机的驱动系统有更为直观的认识,着重培养学生电机及其四象限驱动器的设计、分析优化能力,为驱动电机系统的整体研发水平提供有效的支撑。


科研实践

    通过该平台,有助于相关教师及研究生就电机驱动、多相电机、先进控制理论等开展深入理论研究,对新型高功率密度、高效、高性能电机的研发开展研究。依托系统设计研发平台可以促进电机驱动控制学科在多个 领域的电机研发能力的提升。

二、系统配置详情

2.1 系统架构

基于算法模型快速控制的电机对拖测试平台ModelingTech

    MT RCP仿真平台基于通用的PXI平台,配合高速的PXI-e背板总线、高性能的CPU模块、运算能力强大的FPGA板卡,能够快速实现用于算法模型的快速实现与下载,满足控制算法研发、测试等多方面的应用需求。其中,各部分的功能为:

    机箱:高速的PXIe背板,便于高速的信号传输

    控制器:配置高性能的CPU模块,负责运行控制算法与逻辑

    FPGA板卡:负责控制波形生成的高速处理与低延时的模拟、数字信号通路


2.2 配置详情

序号

名称

产品详细说明



1

'PXIe-1082;

8槽PXIe机箱,8GB/s的系统带宽'


2

实时仿真目标机

'PXIe-8840;

Intel i7四核CPU 2.6GHz每核, 实时操作系统,4GB内存,8GB系统带宽'


3

FPGA板卡

'PXIe-7856R;

FPGA 1块,K7-160T;含附件;

8路AO;8路AI;48路DIO'


4

CAN板卡

PXI CAN接口模块,PXI-8512,灵活数据速率,高速通讯


5

StarSim快速控制原型软件V4.6

'StarSim RCP Advance版本

支持Simulink或LabVIEW电力电子控制算法在实时控制器上的快速下载和实时运行,支持电力电子控制的PWM脉冲发生,编码器信号处理;提供示范例程。无需开发,基于配置使用。

支持PWM初始频率设置,动态频率设置,初始相位设置,动态相位设置等。

1台PC授权。支持3块FPGA板卡。'









核心硬件

8槽位机箱,Intel i7 四核CPU 2.6GHz每核, 最大控制器带宽8GB/s ,配置Xilinx K7-160T FPGA

同步模拟输出

16通道,16bits分辨率,最大更新率1MS/s,单端信号输出,输出量程-10V~10V,±15V过电压保护

同步模拟输入

16通道,16bits分辨率,最大更新率1MS/s,差分信号输入,输入量程-10V~10V,±42V过电压保护

数字输出

32通道,支持0-3.3V TTL数字输出,最小更新周期100ns

数字输入

16通道,支持0-3.3V TTL数字输入,最小更新周期100ns

通讯接口

两个以太网端口、六个USB端口、一个串行端口(RS-232);

一个CAN接口,波特率范围40kbps-1Mbps;

RCP功能

支持Simulink或LabVIEW电力电子控制算法在实时控制器上的快速下载和实时运行;

支持电力电子控制的PWM脉冲发生,编码器信号处理;

提供示范例程。无需开发,基于配置使用。

支持PWM初始频率设置,初始相位设置。


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