一、電機控制模型仿真實驗平臺介紹

• 傳統的方式對嵌入式算法的編寫以及實物調試都有比較高的要求，控制板性能有限、底層代碼編寫學習成本高、硬件資源調用不直觀、算法實現與代碼調試不方便，因此需要耗費學生與科研人員大量的時間與精力；

• 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，研旭推出的電力電子仿真系統只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型，下載到RCP控制器中，即可實現控制過程；

• 本系統將RCP控制器與可定制的功率硬件、電機結合在一起，通過模塊化的方式，便于搭建各種不同類型的功率變換系統，非常適合高校、科研院所進行電力電子裝置級和系統級的控制算法的驗證；

• 系統同時可集成各類測試電源和檢測儀器，一體化的結構，讓學習開發更為方便省力。

YXPEP-ATCA-150電機控制模型仿真實訓平臺系統構架

YXPEP-ATCA-150電機控制模型仿真實訓平臺系統特點：

更方便，更易上手

• 在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作；

• 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。

更靈活，更開放

• 硬件模塊化設計，多種拓撲結構的功率硬件可選，同時，可根據需求定制各種不同的功率硬件，拓撲結構、功率級別、傳感器的數量位置等均可以變化；

• 軟件模塊化設計，算法編程和監控全部采用基于模型的可視化設計方法，提供各類驗證過的算法模型，可直接組合調用，大大縮短研發時間。

更可信，更可靠

• 功率級的算法驗證，復現實際系統，具有很高的可信度；

• 采用高可靠性的功率模塊和經過完善測試的接口模塊，故障率低；

• 具備軟件保護和硬件保護雙重保護，安全性高；

• 具備數字仿真和物理電路雙重驗證，設計更靈活，實驗數據更具說服力。

二、系統流程圖

開發設計學習流程

三、實驗內容：

1、平臺介紹篇

1.1、永磁同步電機

1.2、數字示波器

1.3、快速原型控制器

1.4、桌面型電力電子模組（PEBB）

1.5、接線面板

2、實驗基礎篇

2.1、基于模型開發（MBD）理念介紹

2.2、快速原型控制器（RCP）介紹

2.3、RCP控制器與matlab對接操作

2.4、Simulink離線模型的分割與硬件模型庫的調用

2.5、RCP實時仿真監控系統界面的搭建

3、三相永磁同步電機的數學建模

3.1 三相PMSM的基本數學模型

3.2 三相PMSM的坐標變換

3.3 同步旋轉坐標系下的數學建模

4、脈寬調制PWM

4.1 PWM的基本原理和控制算法

4.2 PWM在Simulink如何實現

4.3 SPWM的基本原理和實現方法

4.4 SPWM在Simulink 如何實現

5、三相電壓源逆變器PWM技術

5.1 三相電量的空間矢量表示

5.2 SVPWM算法的合成原理

5.3 SVPWM算法的實現

5.4 SVPWM算法的建模和仿真

5.5 SPWM的算法實現

6、三相永磁同步電機的矢量控制

6.1 PMSM的PI電流控制

6.2 基于PI調節器的PMSM矢量控制

6.3 PMSM電流環PI控制Simulink離線模型搭建

6.4 PMSM電流環PI控制半實物模型搭建

6.5 PMSM速度環和電流環PI控制Simulink離線模型搭建

6.6 PMSM速度環和電流環PI控制半實物模型搭建

四、系統組成

快速原型控制器（RCP）

YXSPACE產品系列能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅動接口綁定后，再結合TI公司的CCS編譯工具產生可執行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監測控制過程中的各類運行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態控件，分別為遙控控件、遙信控件、遙調控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件，直觀、方便的搭建監控界面，監控控制器內部運行的詳細信息。

研旭SP2000采用外擴插卡式結構，簡潔輕便，板卡資源如下：

YXSPACE獨特優點

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

• 在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標機中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作；

• 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；

• 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節，免去一切不必要的麻煩；

• 性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低；

• 具備自主編寫的驅動庫，可以直接導入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫，將模型中的數據直接與硬件對接，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試需求；

• 模型轉換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉換后的源碼；

YXSPACE-VIEW2000軟件；

研旭公司專門為SP2000研發了一套上位機監控軟件VIEW2000軟件。

桌面型功率硬件模塊（PEBB）

YXPHM系列采用基于模型設計的理念，脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品，又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗，對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成，同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊，為用戶提供性價比更好的模塊化產品。

YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉換平臺，采用積木式搭建形式，將功率轉換電路中的電感，電容，功率開關等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。 

開發平臺包括硬件部分、軟件驅動，是針對高校開展電力電子技術研究推出的一種開放式的二次開發教學科研平臺。該平臺在硬件上采用分體化設計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實用，用戶可以方便觀察內部的硬件結構。同時頂蓋可以打開，方便進行相關信號的測量。

主要功能

1、模塊拓展：采用模塊化設計，用戶可以定制所需要的拓撲，提供開源軟件模塊，用戶可進行二次開發?？蛇M行多種拓撲定制：

2、開放設計：開放給用戶硬件原理圖、硬件設計說明以及軟件模塊如底層驅動，控制算法等。

3、安全穩定：設計了健全的保護機制，軟件方面有過壓保護、欠壓保護、過流速斷保護、IGBT過熱保護、通訊保護等；硬件方面有短路保護、IGBT過流保護等。

4、半實物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數字實時仿真器對接，可提供相應的數字轉接板，免去客戶硬件設計之憂。

功能拓撲示例

變流器內部功能框圖

主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經過特定的算法，輸出PWM調制波控制開關器件，從而可以實現直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。