實(shí)時(shí)仿真技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
楊前，劉衛(wèi)國(guó)，駱光照
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：實(shí)時(shí)仿真技術(shù)可以在不需要控制器原型參與的條件下完成控制算法的眭能評(píng)估，dSPACE系統(tǒng)是實(shí)時(shí)仿真技術(shù)研究的良好應(yīng)用平臺(tái)，它提供了真正實(shí)時(shí)的控制方式以滿足不同系統(tǒng)的控制要求。基于MATLAB／Simulink建立了速度和電流雙閉環(huán)的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)時(shí)仿真控制模型。通過dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)以及相應(yīng)的功率驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，獲得了滿意的控制效果。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)仿真；運(yùn)動(dòng)控制；dSPACE；承磁同步電動(dòng)機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制
中圖分類號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)12—0004—04
引言
仿真是借助于計(jì)算機(jī)和其它相關(guān)的硬件設(shè)備，通過模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究的方法。實(shí)時(shí)仿真技術(shù)是在考慮實(shí)時(shí)仿真算法、仿真系統(tǒng)的時(shí)序、時(shí)間同步以及時(shí)間延遲和補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)仿真，它是模型系統(tǒng)在實(shí)際條件下實(shí)時(shí)運(yùn)行的真實(shí)反映。與數(shù)字仿真相比，實(shí)時(shí)仿真的****優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠直接作用于被控對(duì)象。由于被控對(duì)象直接參與驗(yàn)證過程，立即就能夠?qū)λO(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性進(jìn)行評(píng)估。所以在一般的工業(yè)領(lǐng)域，采用實(shí)時(shí)仿真技術(shù)不但能夠大大地縮短系統(tǒng)研發(fā)周期，還能夠有效降低系統(tǒng)研發(fā)成本。
在當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)代表著用途****而又最復(fù)雜的任務(wù)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制功能的多樣化和復(fù)雜性，滿足不同的生產(chǎn)要求。而伺服控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制功能的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。永磁同步電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，具有優(yōu)良的低速性能，并可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，拓寬了系統(tǒng)調(diào)速的范圍，能夠適應(yīng)高性能伺服驅(qū)動(dòng)的要求。隨著永磁材料性能的大幅度提高和價(jià)格的降低，永磁電機(jī)在工生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。
本文研究基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的相關(guān)原理，并通過速度與電流雙閉環(huán)的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)例來闡述實(shí)時(shí)仿真技術(shù)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用原理。
1實(shí)時(shí)仿真技術(shù)分析
應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真技術(shù)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的方法如圖1所示．
根據(jù)給定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真.當(dāng)離線仿真獲得滿意結(jié)果后，將受控對(duì)象隔離出來，通過相應(yīng)的接口模塊將控制器連時(shí)工作組(RTw)進(jìn)行擴(kuò)展，將實(shí)時(shí)仿真模型生成實(shí)時(shí)代碼，并自動(dòng)編譯、連接、下載到實(shí)時(shí)硬件中。實(shí)時(shí)硬件與外部驅(qū)動(dòng)電路連接，完成控制功能與反饋信號(hào)采集。contmlDesk提供對(duì)試驗(yàn)過程的綜合管理，在線參數(shù)調(diào)整，建立用戶虛擬儀表以及實(shí)時(shí)觀測(cè)控制效果等功能。
整流電路將輸入的工頻電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，經(jīng)過濾波作為逆變器的直流母線電壓。通過dsPAcE／Ds4002t，wM3-OuT模塊產(chǎn)生的PwM控制信號(hào)，經(jīng)過光電隔離電路作為驅(qū)動(dòng)板中逆變器的控制信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。
4 dSPAcE系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例
本文給出的永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用速度環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。
速度反饋由增量式光電編碼器實(shí)現(xiàn)。dsPAcE系統(tǒng)的DS3002接口板專門用于增量式編碼器信號(hào)輸入。通過19S3002／POS一B1一c1模塊設(shè)置可以得到四倍頻的反饋脈沖信號(hào)。DS3002／POS剮cl模塊有兩個(gè)輸出：一個(gè)是以脈沖數(shù)表示的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)；另一個(gè)是以轉(zhuǎn)子位置差表示的速度信號(hào)。由于轉(zhuǎn)子的初始位置可能是任意點(diǎn)，所以必須對(duì)轉(zhuǎn)子零位進(jìn)行校準(zhǔn)。通過Ds3002／INDEx B1 cl零位信號(hào)檢測(cè)模塊和DS3002／POs—B1一cl位置信號(hào)測(cè)量模塊可以實(shí)現(xiàn)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置校準(zhǔn)和速度反饋。轉(zhuǎn)子初始位置信號(hào)校準(zhǔn)子系統(tǒng)如圖5所示。
轉(zhuǎn)子速度測(cè)量子系統(tǒng)如圖6所示。通常實(shí)時(shí)仿真的時(shí)間步長(zhǎng)可以在實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)硬件條件允許下取任意小。采樣時(shí)間則根據(jù)系統(tǒng)要求的精度，人為設(shè)置，最小為實(shí)時(shí)仿真的時(shí)間步長(zhǎng)。由于采樣時(shí)間和實(shí)時(shí)仿真的時(shí)間步長(zhǎng)不等長(zhǎng)，實(shí)際的轉(zhuǎn)子速度是一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子的平均速度。
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