基于dSPACE的電機控制系統實(shí)驗平臺研究

針對控制過(guò)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控制信號而由硬件進(jìn)行反相處理，此外，由于控制電機時(shí)的PWM脈寬調制均采用180°PWM導通方式，為避免逆變橋上、下橋臂功率器件同時(shí)導通而燒毀功率器件，所以還需在上、下橋臂的PWM控制信號之間加以幾個(gè)微秒的信號延遲，稱(chēng)為死區時(shí)間。本文采用由硬件電路來(lái)進(jìn)行PWM控制信號的反相和產(chǎn)生死區時(shí)間，這樣做的好處在于可以減少軟件的運算時(shí)間和節省存儲空間，且可靠性更高。這樣，三路PWM控制信號輸入PWM信號反相和死區產(chǎn)生電路后，輸出為具有幾個(gè)微妙的死區時(shí)間的六路PWM電機控制信號，從而很方便地用于電機控制。圖2顯示了三路中的一路PWM信號反相和死區產(chǎn)生電路。該電路主要使用了反相器74HC04來(lái)對PWM信號實(shí)施反相，同時(shí)還利用了電容沖、放電過(guò)程及整形電路來(lái)產(chǎn)生死區時(shí)間，其中，死區時(shí)間的大小可以通過(guò)選擇電容或電阻參數來(lái)設置。

2 Matlab／Simulink實(shí)驗模型及RTI接口模塊
在控制系統硬件平臺結構搭建完成的基礎上，基于dSPACE的控制系統的軟件設計相比于采用DSP的常規的方法來(lái)說(shuō)非常簡(jiǎn)單，可以節省大量的編程時(shí)間。由于控制系統的算法事先都在Matlab／Simulink中離線(xiàn)仿真得到實(shí)現，因此軟件設計只需要將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)單運算，因為此時(shí)所有輸入或輸出信號均是針對實(shí)際物理量，因此軟件中參與運算的這些輸入或輸出信號的單位應與實(shí)際物理量的單位一致。

比如：在采集電機電流iA時(shí)，硬件上已經(jīng)利用傳感器和信號處理等電路將電流信號采集并轉換成±10 V的電壓信號輸入到了DS2001AD采集板的ADC#1通道，此時(shí)在軟件上將原來(lái)離線(xiàn)仿真模型中從電機仿真模型得到的電流反饋信號用DS2001_B1(見(jiàn)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算的電流值與實(shí)際的電流值大小一致。離線(xiàn)仿真模型經(jīng)過(guò)dSPACE的RTI模塊替換之后，同時(shí)將仿真模型中的電機用實(shí)際電機代替就可以得到Matlab／Simulink實(shí)驗模型。圖3顯示了建立Matlab／Simulink實(shí)驗模型的常用的幾種RTI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的電機控制系統實(shí)驗開(kāi)發(fā)步驟
在硬件實(shí)驗平臺搭建完成后，基于dSPACE的電機控制系統實(shí)驗開(kāi)發(fā)步驟包括以下幾點(diǎn)：
(1)Matlab／Simulink模型建立及離線(xiàn)仿真。利用Matlab／Simillink建立仿真對象的數學(xué)模型，設計控制方案，并對系統進(jìn)行離線(xiàn)仿真。
(2)輸入／輸出接口(I／O)的接入生成實(shí)驗模型。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(lái)的邏輯連接關(guān)系，并對I／O參數進(jìn)行配置，在一些特殊情況下還需要設置軟硬件中斷優(yōu)先級。