數字化電機控制實驗系統
電機的數字化控制是今后電機拖動領域不可替代的發展方向，面對大批進口電機控制變頻器紛紛涌入國內，培養我國本土的數字化電機控制人才已是電氣工程相關專業的當務之急，只有培養了既具備理論基礎又有解決實際問題能力的人才，才會有今后我國電機數字化控制的獨立知識產權。與此同時，國內的變頻器生產廠商也急需變頻器設計和控制策略方面的創新，急待國內高校培養出高端的變頻器設計人才。
電機控制人才的培養，在于使學習者在基礎學習期間通過電機控制的具體實踐理解電機控制的原理、硬件系統和電機控制算法的軟件實現。
基于如上的考慮，上海交通大學電氣工程系針對電氣專業的本科生自主設計開發了一套數字化電機控制系統平臺。該平臺基于飛思卡爾公司DSP芯片MC56F8257(84763)，設計為便攜式實驗箱形式。實驗箱內包含了核心控制板、電機驅動功率板、仿真器、直流無刷電機、步進電機、電源、液晶顯示器及相關配件(配線與接線工具)。其中控制板有飛思卡爾控制板和交大研發控制板兩種類型。飛思卡爾控制板適合初學者熟悉DSP芯片的入門使用;交大研發的控制板側重對于一部分模塊的具體使用(如PWM電機驅動、串行通訊及圖形液晶顯示等)，對DSP芯片的電機驅動應用較為深入。兩類控制板與電機驅動板均可兼容，學生可根據自身需要，選擇適合自己的一類控制板進行實驗。電機驅動板根據功率不同也分為兩種，分別用來控制500W電機與10kW高壓電機。在完成低壓板控制的基礎上，有能力的同學可以繼續完成高壓板的驅動研究。實驗箱內提供了低壓板可驅動的兩類電機，分別是無刷直流電機與步進電機，根據個人能力及完成進度，學生可以選擇在課程時間內完成一種或兩種電機的各類控制。
圖1 數字化電機控制實驗系統功能架構
以上所述便攜式實驗箱是一個完整的通用電機數字化控制系統的硬件功率平臺，為學生們進行電機控制實驗提供了基礎條件。我們將其作為主要硬件平臺投入到電氣工程系開設的《運動控制系統綜合實驗》課程當中，主要針對本科生學習和實踐包括直流無刷電機、步進電機、永磁同步電機和感應電機的控制。
本數字化電機控制系統的特點：
1) 隔離驅動功率器件，強弱電分開保證了系統安全。
2) 具有電流短路保護、驅動電壓過低保護和系統過熱保護，防止學生實驗時出現意外損壞實驗設備。
3) 采用可編程邏輯器件實現半橋功率器件邏輯互鎖，故障時自動停止工作的功能。
4) 半橋上、下功率器件的數字死區控制保證了死區的準確性和長期工作的一致性，而且在需要情況下易于編程改變死區時間。
5) 多個指示燈方便實驗者對電機控制系統工作狀態的觀察。
6) 采用新的電流、電壓測量方法大大降低了系統的成本。
7) 差動測量抑制了共模干擾，提高了系統測量精度。
8) 電源接入方式提高了電機控制系統的便捷性和安全性。
數字化電機控制實驗系統實驗箱可以完成的實驗主要包括：基礎實驗和驅動實驗?；A實驗：通用輸入輸出、定時器、模數轉換、脈沖寬度調制、串行通信和圖形顯示。驅動實驗：直流無刷電機的驅動、無位置傳感器的直流無刷電機驅動、步進電機驅動和各類高壓電機的驅動。
由于每年學生有近100人，我們制作了65套設備，投入實驗50套(2人一組)，15套備用。該實驗箱具備便攜性，學生也可在課下繼續實驗研究。這種教學模式已試行三個學年，取得了良好的效果和學生的好評。
作品名稱：數字化電機控制實驗系統
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