功能、作用介紹：
我院開發的DSP電機控制綜合實驗平臺以模塊化、實用性、安全性、高可靠性為指導思想，經多次討論修改，最終實驗平臺如圖1所示。該實驗裝置由箱內供電電源、箱體上DSP電機控制核心板、DSP仿真器、各功率模塊實驗板和有關控制對象等幾部分組成。DSP電機控制創新實驗平臺的總體框架如圖2所示，其由DSP電機控制核心板、直流電機調速模塊、直流無刷電機調速模塊、三相交流永磁同步電機調速模塊四部分組成，涉及到三種常見電機的調速，完全滿足學生掌握DSP在電機控制系統中的應用以及工程實際的需求。
DSP電機控制核心板 實驗電路板充分利用了TMS320F2812芯片資源，提供了豐富的DSP外圍電路，核心板的主框圖如圖3所示，主要由電源、數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、PWM輸出、復位電路、JTAG接口、保護電路、速度位置信號輸入等部分組成。為方便學生實驗操作我們在主控制板上加入了鍵盤輸入、數字顯示等部分。為學生實現創新想法提供了可能。
直流電機驅動模塊 本直流電機調速實驗采用額定電壓為5V，額定轉速為5000rpm，額定電流為30mA的直流電機?？紤]到直流電機常工作在正反轉的場合，需要使用可逆PWM系統，故應用H型雙極性驅動電路，如圖4所示。根據運行控制要求和電機實際反饋情況，改變DSP輸出PWM信號的占空比，從而改變施加于電機端部的電壓，實現電機轉速和轉向控制。
無刷直流電機驅動模塊 本永磁無刷直流電機調速實驗平臺，采用額定電壓24V，額定轉速6000rpm，額定電流0.6A的無刷直流電機，其實驗原理圖如圖5所示。根據霍爾信號傳感器獲取的BLDCM轉子位置和電流傳感器得到的電流檢測信號，給出六路帶有可控占空比的PWM控制指令，利用功率驅動電路驅動電機，實現調速。此外，電路板上帶有過壓保護、故障檢測，過流檢測，轉速保護等保護電路，有效地保障了電路的安全，避免學生因實驗誤操作造成電路損壞。
三相永磁同步電機驅動模塊 本三相永磁同步電機調速實驗系統采用額定功率200W，額定轉速3000rpm的三相永磁同步電機，其實驗原理圖如圖6所示。利用DSP內部資源采集電機的反饋量，包括定子相電流，轉子位置和轉速，以此為依據產生可控制的脈沖驅動三相橋式逆變器，進而控制逆變器的輸出電壓，改變永磁同步電機的電磁轉矩，實現電機的全數字變頻調速。
直流電機調速實驗 直流電機調速實驗是三個電機綜合實驗中最簡單的實驗，但對于學生理解電機最基本的控制原理有極大幫助。在實驗過程中需完成單路PWM開環程序和雙路PWM開環程序，分析兩種開環程序的相同與不同、優點和缺點。通過操作面板上的按鍵進行開環調速，讓學生明白調節PWM占空比實現電機調速的原理，同時利用紅外測定電機轉速方向。最后在以上的基礎上最終完成PID算法閉環程序，包括轉速閉環和電流閉環。
本實驗目的是使學生了解DSP電機控制系統的硬件結構，熟悉數字PID調節器的原理，理解直流電動機雙閉環調速系統的工作原理。
直流無刷電機調速實驗 直流無刷電機調速實驗使用同一塊DSP電機控制核心板，但其驅動模塊不同，而且直流無刷電動機及其調速系統的工作原理相對直流電機要復雜許多。在實驗教學中，讓學生先通過示波器觀察不同轉子位置的霍爾信號，了解霍爾信號對獲取實際轉子位置的作用。然后利用霍爾信號編寫相對應的開關指令，使電機能根據要求轉向運動。在電機正常運轉之后，與直流電機調速實驗相似，調節PWM占空比，改變電機轉速。最后同樣要求學生進行直流無刷電機的速度閉環PID控制。
本實驗目的在于使學生了解以DSP為核心構成的數字控制直流無刷電動機調速實驗系統的硬件與軟件結構，了解數字PID調節器的原理，掌握直流無刷電動機的工作原理以及理解直流無刷電動機調速系統的工作原理。
三相永磁同步電機調速實驗 在經過上述兩次實驗之后，學生對DSP電機調速已有了一定程度的理解，但還需要更完整的電機運動控制實驗，故開設三相永磁同步電機調速實驗。該實驗例程為三相交流同步電動機磁場定向控制(FOC)，其中包含實驗主程序和算法所需的各種模塊，如PARK變換、PID程序、QEP測速模塊等(如圖7所示)。而各個模塊是以函數的形式出現在主程序中，因此三相永磁同步電機實驗程序是一個具有極強系統性和綜合性的程序。為幫助學生理解，對程序關鍵部分進行了詳細注釋，希望學生養成模塊化、結構化、系統化的思考方式。學生實驗時，要求首先完成DSP生成PWM波形，對永磁同步電機實現開環控制;然后進行電流環采集電流和電流環閉環控制;最后加入速度環，進行速度環轉速采集和閉環控制實驗。從內環開始調試，培養學生把握重點，逐步解決問題的能力。
本實驗目的是使學生了解三相永磁同步伺服電動機的結構和工作原理及DSP為核心構成的全數字控制交流伺服系統的硬件與軟件組成，并且掌握三相交流同步電動機磁場定向控制(FOC)的工作原理和三相交流同步電動機電流環和速度環PID參數設計原理。
作品名稱：DSP電機控制綜合實驗創新平臺
完成單位：浙江大學
