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* 新型交流调速系统实验平台的研究 卢家力 刘国海 张浩 江苏大学 摘要目前，感应电机复杂控制方法的实现多采用DSP与软件编程的方法，其开发过程复杂，代码编写工作繁重，开发周期长。而基于Matlab/Simulink开发的dSPACE实物仿真软硬件实验平台系统，无需代码编写，开发周期短，实时性好，可靠性高。本文开发了一套以dSPACE为核心的新型交流调速系统实验平台，并在分析定子磁场定向解耦控制的根底上，利用dSPACE的快速控制原型方式和dSPACE系统的软硬件环境，在Matlab/Simulink中建立了感应电机定子磁场定向解耦控制的实时系统，并在该平台上进行了实验。实验结果说明调速系统实现了交流电机磁链与速度的解耦性能，同时验证了该交流调速系统实验平台的可靠性。 关键字感应电机 dSPACE实验平台 定子磁场定向解耦控制 Research on a New AC Drive Experimental Plat Lu Jiali Liu Guohai Zhang Hao AbstractNowadays, control schemes of induction motor are always achieved in the way of program with DSP. The period of the project is long, and the process is complex because of hard work programming. While dSPACE is a software and hardware plat for the real-time control system based on Matlab/Simulink. It has no program, but excellent real-time perance and high reliability. The time of the development is short. On the basis of dSPACE system, a new AC drive experimental plat was developed. Based on analyses of stator flux orientation control theory, a real-time decoupling control system was established in Matlab/Simulink using the of rapid control prototype. It was actualized on the plat as well. The results of the experiment prove the feasibility of decoupling control. Simultaneity, the reliability of the plat is verified. Keywordsinduction motor dSPACE plat stator flux-oriented decoupling control 1 引言 在现代交流调速系统中，以微处理器为核心的数字控制，已经成为交流调速控制器的主要形式[1]。早期用于电机控制的微处理器是各种类型的单片机，为了进一步提高运算速度，特别是针对矢量控制这种复杂控制方案和数据计算要求较高的场合，80年代初出现了数字信号处理器 * 教育部博士总基金工程20050299009 〔DSP〕，然而由于控制算法的复杂性，在工程实践中算法的实现根本上都是采用编写软件的方法予以实现，同时为了验证控制算法的有效性，需要编写大量的程序代码，反复进行大量的实验，导致整个系统的开发周期很长。 dSPACE是基于Matlab/Simulink的控制系统开发及测试的工作平台，与Matlab/Simulink实现了无缝连接[2]。其在处理速度、响应时间及数据 的采集3个方面上满足了实时系统的要求。此外，dSPACE实时内核采用RMS〔Rate Monolithic Schedule〕调度策略，借助Matlab中的RTW〔Real-Time Workshop〕与RTI〔Real-Time Interface〕相结合，实现对Matlab/Simulink仿真模型的自动编译、连接，并将实时代码下载到硬件中运行，无需代码编程。本文以dSPACE为核心开发设计了一种新型交流调速实验平台系统。通过一种感应电机定子磁场定向解耦控制算法在dSPACE交流调速系统实验平台上的实现，验证了实验平台的有效性。结果说明，该系统可精确实时的测量电机速度、定子电流及整流侧直流母线电压，为交流电机复杂控制策略的实现提供了方便可靠的实时验证平台。 2 实验平台体系结构 2.1 dSPACE简介 dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于Matlab/Simulink的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台。dSPACE实时系统由硬件系统和软件环境两大局部组成。其中硬件系统的主要特点是具有高速计算能力，包括高速处理器和I/O接口等；软件环境可以方便地实现代码生成、下载和调试、试验等工作。软件环境主要由两大局部组成，一局部是实时代码的生成和下载软件RTI[3]，它通过RTW扩展，实现从Simulink模型到dSPACE实时硬件代码的自动下载；另一局部为测试软件[4]，其中包含了ControlDesk等综合实验与测试环境软件。dSPACE将系统开发的各种功能与过程进行了集成和一体化，即从一个产品的概念设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验，到实验结果的监控和调节都可以集成到一套平台中来完成。 2.2 实验硬件系统 一个高性能的交流调速控制系统，其硬件根本由两大局部组成一是由整流电路、滤波元件和逆变器组成的功率模块，其主要功能是给电机提供电压和频率可变的电源，从而驱动电机运行；二是由控制器、检测单元〔电流、电压、转速等〕、及驱动保护电路构成的控制检测模块，其主要功能是接收反应信号，并在处理器中经过相应的运算后产生各种控制信号〔主要是逆变模块的开关控制信号〕。本实验平台主要由专用智能功率模块、电流/电压霍尔传感器、光电编码器速度检测单元、dSPACE实时仿真系统和工业控制计算机组成。硬件系统结构如图1所示。 功率模块可以采用交直交变压变频方式，也可采用交交变压变频方式。本文的变频调速系统使用了以专用智能功率模块PS12036为核心的交 图1 实验平台硬件结构 直交变压变频方式，其整流电路和逆变电路都集成在一块智能功率模块中。 控制检测模块中，霍尔效应电流传感器用于检测定子两相电流，传感器将感应电机的相电流转换成微小电流信号，经信号调理电路后送入dSPACE板内的两路12位的ADC接口；霍尔效应电压传感器用于检测直流母线