研旭著力于嵌入式領(lǐng)域、電氣領(lǐng)域進(jìn)行上下游產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售

解決方案

首頁

解決方案

SOLUTION

基于模型設(shè)計的雙電機(jī)齒輪調(diào)隙測試平臺

關(guān)鍵詞：

所屬分類：

解決方案

電機(jī)驅(qū)動測試與實驗

基于模型設(shè)計的雙電機(jī)齒輪調(diào)隙開發(fā)平臺

聯(lián)系我們

方案介紹

伺服系統(tǒng)是武器的重要組成部分，其精度指標(biāo)將直接影響武器整體的性能表現(xiàn)。在實際工作中，存在著許多影響伺服系統(tǒng)性能指標(biāo)的非線性因素，如齒隙、死區(qū)、彈性形變等。其中齒隙對武器伺服系統(tǒng)影響最大，易引起系統(tǒng)振蕩，產(chǎn)生較大的穩(wěn)態(tài)誤差。因此，消隙問題的研究對提高伺服系統(tǒng)性能表現(xiàn)有著很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。在高精度武器伺服系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，通常采用雙電機(jī)驅(qū)動的方式，能夠保證伺服系統(tǒng)在高性能的前提下很好地消除齒隙影響?；谀Ｐ驮O(shè)計的齒輪調(diào)隙測試平臺主要由可調(diào)隙齒輪平臺與基于模型設(shè)計的電控系統(tǒng)組成。通過調(diào)節(jié)可調(diào)隙齒輪平臺的齒輪間隙，轉(zhuǎn)子慣量，與負(fù)載大小可以研究各種工況下的雙電機(jī)齒輪調(diào)隙控制方法，通過基于模型設(shè)計的電控系統(tǒng)，可以很方便的進(jìn)行算法比較與迭代。

系統(tǒng)拓?fù)淙缦滤?/h3>

圖1 基于模型設(shè)計的雙電機(jī)齒輪調(diào)隙測試平臺

系統(tǒng)實物參考如圖2所示

圖2基于模型設(shè)計的雙電機(jī)齒輪調(diào)隙測試平臺實物系統(tǒng)參考圖

系統(tǒng)特點

1、雙電機(jī)齒輪可調(diào)隙，通過手柄改變齒輪間隙，間隙大小通過位移表標(biāo)示。

2、可調(diào)隙平臺的轉(zhuǎn)子慣量，平衡性可以靈活調(diào)節(jié)

3、可調(diào)隙平臺的負(fù)載可以由上位機(jī)加載系統(tǒng)自動控制

4、永磁同步電機(jī)驅(qū)動器采用開放式結(jié)構(gòu)，可以用嵌入式控制器控制，也可以用快速原型控制器控制。

5、系統(tǒng)配置了YXSPACE-SP2000快速原型控制器，性價比搞，可以實現(xiàn)算法代碼自動生成，算法評估快速迭代。

6、系統(tǒng)提供算法樣例供快速評估或者迭代。

系統(tǒng)典型配置清單

表1 系統(tǒng)典型配置清單

序號	產(chǎn)品名稱	備注
1	可調(diào)隙雙電機(jī)齒輪臺架	1、2臺 0.75kW交流永磁電機(jī),48V 2、定制齒輪箱，齒輪傳動比3：1 3、齒輪間隙調(diào)隙與標(biāo)示裝置 4、轉(zhuǎn)矩傳感器 20NM，4000RPM 5、23位絕對值位置跟蹤傳感器 6、三組可調(diào)慣性輪（3-10倍電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量可調(diào)） 7、磁粉制動器20NM 8、高端鋁合金桌面式臺架
2	測試電機(jī)逆變器（DC-AC）	1、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)按需配置，典型三相兩電平 2、功率器件按按需配置，典型IGBT,SIC，MOS 3、硬件結(jié)構(gòu)開放，在硬件上采用分體化設(shè)計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化設(shè)計，各個模塊方便替換 4、可同時具備TMS320F28335 DSP核心板控制器與RCP控制器接口 5、健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等 6、人機(jī)交互：具備LCD顯示屏，可通過顯示屏查看并設(shè)置各種參數(shù)，用戶也通過RS485通訊口連接PC機(jī)，提供通訊規(guī)約，可以查詢模塊的狀態(tài)信息，實時波形，下發(fā)操作指令。
3	磁粉制動器控制器	1、可編程 2、24V 3A
4	快速原型控制器	1、按需求配置 SP1000\SP2000\SP6000 2 支持Simulink代碼自動生成和基于模型的程序設(shè)計；算法的Simulink模型可直接仿真下載到快速原型控制器的過程，能方便地使用Matlab/Simulink進(jìn)行控制算法設(shè)計并在線實時仿真的功能，無需了解軟硬件實現(xiàn)及編程過程，就能進(jìn)行控制設(shè)計和調(diào)試。 3 控制器需采用雙DSP+多組FPGA雙核結(jié)構(gòu)，主控制器采用TMS320F28377，雙核200MHZ*2主頻，超快的運(yùn)算速度、封裝的底層驅(qū)動，方便進(jìn)行電力電子、電機(jī)驅(qū)動等復(fù)雜算法的研究。 4 具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。多種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。 5 用戶可以隨意拖拽即可完成與硬件的連接，同時，配套了組態(tài)式的上位機(jī)，可以查看模型中任何的中間變量，可隨時觀測各種關(guān)鍵變量，從而做出相應(yīng)參數(shù)上的更改。 6 需采用總線擴(kuò)展方式，采用插卡方式，各個子板卡可進(jìn)行擴(kuò)展，不接受單板卡方式。用戶根據(jù)實際功能需求，可以靈活配置板卡種類，基本配置是CPU板卡、模擬采集ADC板卡、模擬輸出DAC板卡、數(shù)字輸出DO板卡、數(shù)組輸入DI板卡、脈寬調(diào)制PWM板卡。
5	基于模型開發(fā)快速原型監(jiān)控系統(tǒng)	1、將Simulink模型與快速原型控制器硬件結(jié)合在一起，下載到控制器中執(zhí)行，控制器運(yùn)行過程中，此軟件可以將Simulink模型中想要查看的各類控制量直觀顯示，也可以隨時修改各類控制參數(shù)，讓控制器實時響應(yīng)，從而實現(xiàn)了真正的在線仿真。 2、在線仿真運(yùn)行界面，采用組態(tài)方式，科研者根據(jù)自己需求，可以隨意添加控件，具備實時錄波功能，可完整錄制整體系統(tǒng)運(yùn)行的波形數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)可以保存為mat和xls格式，波形數(shù)據(jù)可以通過matlab軟件直接打開并查看。 3、軟件具備三類設(shè)置，包括通信IP、板卡的數(shù)量設(shè)置；PWM設(shè)置，主要指示PWM的頻率值，死區(qū)值，以及動作有效值，編碼器精度值等；顯示界面設(shè)置，用于最終的數(shù)據(jù)查看以及設(shè)置。顯示界面中包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、示波器控件。 4、組態(tài)化軟件需具備遙控、遙調(diào)、遙信、遙測、示波器控件。 5、系統(tǒng)需具備以下配置功能：通訊設(shè)置，主要設(shè)置通信的IP地址； PWM_A設(shè)置，對PWM_A板卡的PWM進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置PWM的頻率值，死區(qū)值，倍頻值，互補(bǔ)設(shè)置，相位使能等； PWM_B設(shè)置，對PWM_B板卡的PWM進(jìn)行設(shè)置，主要設(shè)置PWM的頻率值，死區(qū)值，倍頻值，互補(bǔ)設(shè)置，相位使能等； DO設(shè)置，主要設(shè)置DO的控制源，要么由simulink模型控制，要么由rcp軟件控制； QEP設(shè)置，主要設(shè)置編碼器的精度。開始通信：表示仿真機(jī)與RCP建立通信關(guān)系；停止通信：表示仿真機(jī)與RCP斷開通信關(guān)系；復(fù)位：表示對仿真機(jī)整體進(jìn)行復(fù)位操作；保護(hù)：通過保護(hù)界面設(shè)置值，可以輔助仿真機(jī)按照極限值進(jìn)行保護(hù)；啟動仿真：通知仿真機(jī)運(yùn)行simulink模型；開始錄播：將仿真機(jī)上傳的值保存，以便分析查看。
6	開放式功率硬件開發(fā)系統(tǒng)	1、生成代碼的模型例程 2、雙電機(jī)齒輪調(diào)隙例程 3、系統(tǒng)調(diào)試
7	電機(jī)加載測試管理系統(tǒng)	1、監(jiān)控數(shù)據(jù)管理轉(zhuǎn)矩、扭矩實時波形顯示、記錄，變流器電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)記錄 2、負(fù)載加載可編程控制?？梢酝ㄟ^軟件下發(fā)預(yù)設(shè)加載數(shù)值與加載曲線。
8	高精度可編程直流源	按需求配置，研旭高精度可編程直流源價廉物美，超高性價比。

系統(tǒng)控制原理

雙電機(jī)消隙伺服系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)構(gòu)成的三環(huán)閉環(huán)控制。電流環(huán)與速度環(huán)通過各自反饋控制減小非線性干擾對系統(tǒng)的影響。位置環(huán)直接影響系統(tǒng)對目標(biāo)的截獲、跟蹤等功能的速度與精度。同步控制器通過差速負(fù)反饋控制實現(xiàn)抑制兩個電機(jī)速度不一致時引起的差速振蕩功能。消隙模塊通過輸出消隙變偏置電流實現(xiàn)消隙功能，消隙偏置電流和差速負(fù)反饋控制信號均直接作用于系統(tǒng)電流環(huán)。

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)原理框圖

主要設(shè)備參考說明

齒輪可調(diào)隙臺架

臺架透視圖

臺架圖

快速原型控制器——YXSPACE-SP2000

在產(chǎn)品研發(fā)前期、算法驗證階段，若采用實際控制器進(jìn)行控制時，存在周期長、可靠性差等問題。若采用快速控制原型（Rapid Control Prototyping簡稱RCP），那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗證。

RCP系統(tǒng)在新能源領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，比如光伏變流器、風(fēng)機(jī)變流器、儲能變流器等電力電子變換器。只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型，下載到Y(jié)XSPACE控制器中，即可實現(xiàn)控制過程。從而開發(fā)者可以不用研究任何控制芯片，以及任何嵌入式編程語言，只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

南京研旭電氣科技有限公司，始終致力于新能源各類產(chǎn)品的研究，也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關(guān)系。多年來積累了很多寶貴的經(jīng)驗，同時也接收很多合作單位的寶貴建議，從而研旭研發(fā)出快速控制原型控制器YXSPACE系列。

YXSPACE-SP2000（以下簡稱SP2000）采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作為核心控制器。研旭選擇此款DSP，正是由于其被廣泛應(yīng)用與各類新能源產(chǎn)品當(dāng)中。所以SP2000快速控制原型在滿足控制需求的情況下，更能貼近實際產(chǎn)品，為開發(fā)者提供更為可靠的驗證結(jié)果。SP2000作為SP1000的升級版本，除了在外設(shè)資源方面多于SP1000，更是在CPU處理能力上做了提升，為更加復(fù)雜的控制場合提供了保障。
實物圖片如圖8、9所示。

圖8 SP2000正面

圖9 SP2000反面

YXSPACE獨特優(yōu)點

（1）采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；

（2）在Matlab中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作

（3）使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成

（4）模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；

（5）性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。

（6）具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。

（7）模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼

研旭SP2000采用外擴(kuò)插卡式結(jié)構(gòu)，簡潔輕便，板卡資源如下表4.1所示：

研旭電氣專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。VIEW2000軟件主要參考下節(jié)基于模型開發(fā)快速原型監(jiān)控系統(tǒng)。

VIEW2000軟件簡介

研旭電氣專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。

VIEW2000軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。如圖4.13所示。

圖4.14 View2000軟件示意

在實際使用中，用戶只需用鼠標(biāo)拖動各類控件，移至工作區(qū)當(dāng)中，位置根據(jù)需求隨意放置。雙擊控件即可設(shè)置控件的地址號，這樣可完成控件與模型或者硬件的建立關(guān)系，操作極其簡便。

SP2000驅(qū)動庫

研旭自行開發(fā)了Simulink驅(qū)動庫，如下圖所示：

圖4.15 研旭驅(qū)動庫

電機(jī)測試管理系統(tǒng)

電機(jī)測試管理系統(tǒng)，主要實現(xiàn)加載機(jī)組的監(jiān)控管理，其主要功能讀取轉(zhuǎn)矩傳感器、加載電機(jī)變流器等相關(guān)數(shù)據(jù)，顯示轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩實時波形，電壓、電流、功率等監(jiān)控數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)可以錄波，并進(jìn)行導(dǎo)出。

通過與變流器通信，可實現(xiàn)負(fù)載可編程，可以按照指定曲線進(jìn)行加載。進(jìn)而可以實現(xiàn)加載系統(tǒng)的自動化。例如可以進(jìn)行進(jìn)行突加載、突減載等相關(guān)測試。

其界面如圖所示

圖4.26 電機(jī)測試管理系統(tǒng)

高精度可編程直流源

研旭YXPHD系列高壓大功率可編程直流電源采用全數(shù)字控制技術(shù)，在4U機(jī)箱體積內(nèi)功率可實現(xiàn)20kVA，輸出電壓可達(dá)到750V，輸出電流可達(dá)到25A-50A。

研旭YXPHD系列可編程直流電源帶主動式PFC，功率因素高達(dá)0.99，是采用PWM技術(shù)的高頻開關(guān)式直流電源，模塊化設(shè)計，采用先進(jìn)的DSP數(shù)字控制技術(shù)，具有恒壓、恒流、恒功率模式輸出，可自動交叉變換，維持控制與保護(hù)兼顧特性，確保直流電源輸出的高精度、低紋波、快速瞬態(tài)響應(yīng)，且效率高達(dá)93%；產(chǎn)品主要定位于電子電力生產(chǎn)、蓄電池行業(yè)、PCB板制造行業(yè)及通訊、PLC供電、機(jī)電老化試驗、自動測試系統(tǒng)集成、醫(yī)療器械、工業(yè)、電池充電及模擬、混合動力汽車與光伏逆變器測試研究單位、實驗室對高精度直流電源的需求。

圖4.29 YXPHD電源外觀