Transcript 01电气控制综合实验课程概述

电气传动综合实验
课程概述
2013年9月
课程简介
课程名称：电气传动综合实验
课程英文名称：Integrated Experiment of
Electric Control
先修课程：《电力电子技术基础》、《电机控制技
术》、《自动控制原理》、《电机学》
面向对象：电气工程系本科生
学时/学分：68/2
限选人数：60
开课单位：电院电气工程实验中心
教室要求：实验室
任课教师：朱莉
教学内容
1
课程性质
2
平台简介
3
课程安排
4
成绩考核
课程性质及任务
作为电气工程专业的本科生，掌握全面的电机拖动控制
技术是今后就业及科研工作的重要基础。我们有必要使
学生在学习期间全面了解该技术设计、开发、调试的过
程及方法。
电气传动综合实验内容主要包括电机拖动原理（交/直
流、有/无传感器、保护/驱动）、软硬件方案设计、
PCB制版、系统调试等内容，其中涉及了微控制器的应
用，电源变换、电机拖动与控制原理的运用，电力电子
器件的选取，电子电路设计，C语言程序设计，控制算
法设计等多个方面的知识。
课程性质及任务
第一阶段：
从电机控制理论出发，学习使用各种相关的电气控制方法并完成基
本实验，学习控制系统软硬件相关知识。（系统原理图、PCB、各
类传感器编码器、各类电机的特点及控制方式）
第二阶段：
在理论学习的基础上，以团队的形式自行设计、以电机控制平台为
基础动手调试，完成一种电机或多种电机的各类控制，最终进行现
场演示答辩。
平台简介
 基于PIC/dsPIC的电动机控制和电源变换通用开发平台
 PIC/dsPIC based Universal Platform for Motor control and Power
Conversion (UPMPC)
 以高性能16位数字信号控制器（DSC）dsPIC30F4012为主控
 支持常见电动机的驱动
• 步进电动机SM
• 直流有刷电动机BDC
• 直流无刷电动机BLDC
• 单相/三相感应电动机ACIM
• 永磁同步电动机PMSM
平台简介
 支持多种控制算法
• 基于位置传感器的速度、转矩、位置开环/闭环控制
• 基于电流/反电动势的无位置传感器闭环控制
• 磁场定向控制（FOC）
• 直接转矩控制（DSC）
 满足大部分的功率需求
小于2000W的电动机含盖了超过80℅的应用场合
 具有一定的灵活性
• 支持不同工作电压（3. 3/5V）的单片机
• 支持不同管脚数及封装形式的单片机
• 额定功率易于升级
平台简介
 保护功能完善
•
•
•
•
•
上电保护
输入过流/过压保护
输出过压过流保护
散热器过温保护
控制侧欠压保护
 升压式直流变换
• 电流型
• 电压型
 升压式功率因素校正
• 平均电流模式
• DCM模式
 直流至交流变换


单相交流输出
三相交流输出
平台简介
全桥整流
+
AC/DC
逆变桥
电动机
P
U
V
W
PFC
M
P
N
PSU
3.3/5V
ADC/CCP/INT
MC PWM
AD
15V
AD
Position sensor
（QEI / HALL Sensors）
辅助电源
PIC12F685/
MCP41010/42010
N
E
B-EMF conditioning
电源
输入
有源功率因素校正
QEI
For PSU
AD/IO
RS232
MCU/DSC
CN
UART
（Isolated）
AD/IO
MMI
（Pot/Key/LED）
UPMPC功能框图
电源输入可以是交流或
直流
直流输入时，全桥整流
和有源功率因素校正电路
可以省略
依据具体应用，逆变桥
为单相或三相
MMI包括按键、LED、
电位器等
平台简介
UPMPC平台外观及外部接口
说明如下：
1．外部电源输入，直流或交流电
压输入。
2．机械式电位器，隔离式把柄。
3．调试编程口。
4．电机转子位置传感器信号接口，
霍尔信号或光编码器信号。
5．计算机串口通讯，隔离式。
6．RTDM通讯接口，非隔离式。
7．三相电机接口。
8．散热铝基板，注意接地良好。
9．亚克力外壳，透明。
平台简介
直流电源
（12-400V）
UPMPC
电机
RJ45/ADAPTOR
仿真器
/调试器
RS232
RS232/USB
交流输入
电气隔离
PC机
（ 辅助工具+ MPLAB + C30 ）
硬件规格参数：
供电电压：AC 50-265V，50/60HZ；
DC 12-400V
额定功率：2000KW
额定电流： 12A（有效值）
保护：
•IPM过流、过温保护
•IPM欠压保护
•上电保护
•直流输入侧过电流保护
•直流母线侧的过电压保护
功率因素校正：2000KW
仿真环境：
UPMPC：基于PIC/dsPIC的电机控制和电源变换通用开发平台（PIC/dsPIC based
Universal Platform for Motor control and Power Conversion）；
仿真器/调试器：MICROCHIP公司的ICD2在线调试器或Real ICE等；
PC机：调试仿真终端；PC机上应安装MPLAB IDE 8.14以上版本，C30 3.0以上版本；
辅助工具：RTDM/DMCI：用于调试及观察电机运行状态；
电机：目标控制对象
平台简介
电源板说明如下。
1．外部电源输入JP6，直流
或交流电压输入。
2．电源板与控制板的控制信
号连接线缆。
3．控制信号连接线缆插座
JP5，注意连接线缆的连接紧
密，不要松动。
4．电源板与控制板的电源连
接线缆，注意极性。
5．电源板与控制板的电源连
接线缆端子JP1，JP2。
6．故障保护功能设定开关J1，
J2。
7．故障保护解除按键S3。
8．电源指示灯LED6。
9．故障保护状态指示灯
LED3，LED4，LED5。
平台简介
控制板说明如下:
1．反馈信号接驳座JP205，JP208，
JP210。
2．功能键S200。
3．指示灯LED205。
4．旋转式电位器VR1，VR2。
5．调试与编程口J210。
6．电机转子位置传感器信号接口J211，
霍尔信号或光编码器信号。
7．计算机串口通讯J204，隔离式。
8．RTDM通讯接口J203，非隔离式。
9．电流调理电路增益设定开关J202，
J205。
10．相电压调理电路衰减率设定开关
J200。
11．PIM插座JP206，JP207。
12．相电流取样电阻R232，R233。
13．总电流取样电阻R231。
14．三相电机接口JP201，JP202，
JP203。
15．相电压调理电路状态指示LED200，
LED201。
16．电流调理电路状态指示LED202，
LED203，LED204。
17．主控制芯片U207。
18．智能功率模块U214。
19．系统复位键S201。
教学内容及要求
序号
实验项目名称
1
电气传动实验平台理论
了解实验平台基本构造
2
基础部分
2
电气传动软硬件设计
学习UPMPC硬件电路设计及软件
算法
6
（第1~2周）
3
电气传动平台调试（直
流电机） 必做部分
以小组为单位（每组2-3人），
进行直流电机（有刷/无刷、有
/无传感器）控制系统软硬件设
计及后期调试，记录调试过程，
整理实验结果。
10
动手实践
电气传动平台调试（其
他电机） 选做部分
直流电机控制调试完成后，每组
任选其他电机中一种进行控制系
10
4
内容摘要
学时
阶段
（第4~8周）
统设计及调试。
5
电气传动平台设计成果
2
（第9周）
交流
6
电气传动平台设计总结
及报告提交
成果验收
总结电气控制平台设计及调试过
程，材料整理，提交详细的综合
实验报告。
2
课程安排介绍
上课时间：
1-18周
课程概述
基础学习
设计调试
答辩评比
实验地点：
电院群楼4号
楼327
考核说明
序号
考核项目名称
评比概要
占比
1
课堂考勤
按照签到表进行考评
15％
2
必做部分
动手程度、知识理解程度
20％
3
选做部分
按照选择的难易程度，完成
程度
15％
4
设计调试部分
系统设计方案报告（以小组
为单位进行设计，2-3人一
组，各自分工明确，分别撰
写，汇总为一份报告）
20％
系统搭建演示答辩（分现场
陈述、演示、问答等环节）
30％
备注
课程资料
参考文献
1. 王晓明，电动机的DSC控制——微芯公司dsPIC
应用，北京航空航天大学出版社，2009
2. 刘和平，dsPIC通用数字信号控制器原理及应用
——基于dsPIC30F系列，北京航空航天大学出版
社，2007
3. Tim Wilmshurst，陈晓文等译，PIC嵌入式系统
开发，人民邮电出版社，2008