电气传动综合实验 课程概述
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电气传动综合实验 课程概述. 2013 年 9 月. 课程简介. 课程名称:电气传动综合实验 课程英文名称: Integrated Experiment of Electric Control 先修课程: 《 电力电子技术基础 》 、 《 电机控制技术 》 、 《 自动控制原理 》 、 《 电机学 》 面向对象:电气工程系本科生 学时 / 学分: 68/2 限选人数: 60 开课单位:电院电气工程实验中心 教室要求:实验室 任课教师:朱莉. 1. 2. 3. 4. 课程性质. 平台简介. 课程安排. 成绩考核. 教学内容. 课程性质及任务. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
电气传动综合实验
课程概述
2013 年 9 月
课程简介
课程名称:电气传动综合实验 课程英文名称: Integrated Experiment of Electric Control 先修课程:《电力电子技术基础》、《电机控制技术》、《自动控制原理》、《电机学》 面向对象:电气工程系本科生 学时 / 学分: 68/2限选人数: 60开课单位:电院电气工程实验中心教室要求:实验室任课教师:朱莉
教学内容
课程性质1
平台简介2
课程安排3
成绩考核4
课程性质及任务
作为电气工程专业的本科生,掌握全面的电机拖动控制技术是今后就业及科研工作的重要基础。我们有必要使学生在学习期间全面了解该技术设计、开发、调试的过程及方法。电气传动综合实验内容主要包括电机拖动原理(交 / 直流、有 / 无传感器、保护 / 驱动)、软硬件方案设计、 PCB制版、系统调试等内容,其中涉及了微控制器的应用,电源变换、电机拖动与控制原理的运用,电力电子器件的选取,电子电路设计, C 语言程序设计,控制算法设计等多个方面的知识。
课程性质及任务
第一阶段: 从电机控制理论出发,学习使用各种相关的电气控制方法并完成基
本实验,学习控制系统软硬件相关知识。(系统原理图、 PCB、各类传感器编码器、各类电机的特点及控制方式)
第二阶段: 在理论学习的基础上,以团队的形式自行设计、以电机控制平台
为基础动手调试,完成一种电机或多种电机的各类控制,最终进行现场演示答辩。
平台简介
基于 PIC/dsPIC 的电动机控制和电源变换通用开发平台 PIC/dsPIC based Universal Platform for Motor control and Power
Conversion (UPMPC)
以高性能 16位数字信号控制器( DSC ) dsPIC30F4012为主控 支持常见电动机的驱动
• 步进电动机 SM
• 直流有刷电动机 BDC
• 直流无刷电动机 BLDC
• 单相 / 三相感应电动机 ACIM
• 永磁同步电动机 PMSM
平台简介
支持多种控制算法• 基于位置传感器的速度、转矩、位置开环 / 闭环控制• 基于电流 / 反电动势的无位置传感器闭环控制• 磁场定向控制( FOC )• 直接转矩控制( DSC )
满足大部分的功率需求 小于 2000W 的电动机含盖了超过 80℅ 的应用场合具有一定的灵活性
• 支持不同工作电压( 3. 3/5V )的单片机• 支持不同管脚数及封装形式的单片机• 额定功率易于升级
平台简介保护功能完善
• 上电保护• 输入过流 / 过压保护• 输出过压过流保护• 散热器过温保护• 控制侧欠压保护
升压式直流变换• 电流型• 电压型
升压式功率因素校正• 平均电流模式• DCM 模式
直流至交流变换 单相交流输出 三相交流输出
平台简介
AC/DC
E
PFC
全桥整流 有源功率因素校正+
MCU/DSC
P
N
MW
V
U
Pos
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n se
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(Q
EI
/ HA
LL
Sen
sors
)
PSUP
N
For PSU
3.3/5V
15V
辅助电源
逆变桥电动机
MMI(Pot/Key/LED)
RS232
(Isolated)
ADC/CCP/INT MC PWM AD
QEI
CNAD/IO
AD/IO
UART
AD
B-E
MF
con
diti
onin
gP
IC12
F68
5/M
CP
4101
0/42
010
电源输入
UPMPC 功能框图
电源输入可以是交流或直流直流输入时,全桥整流和有源功率因素校正电路可以省略依据具体应用,逆变桥为单相或三相MMI 包括按键、 LED 、电位器等
平台简介 UPMPC平台外观及外部接口
说明如下:
1 .外部电源输入,直流或交流电压输入。
2 .机械式电位器,隔离式把柄。
3 .调试编程口。
4 .电机转子位置传感器信号接口,霍尔信号或光编码器信号。
5 .计算机串口通讯,隔离式。
6 . RTDM通讯接口,非隔离式。
7 .三相电机接口。
8 .散热铝基板,注意接地良好。
9 .亚克力外壳,透明。
平台简介
UPMPC
仿真器/ 调试器
PC 机( 辅助工具 + MPLAB + C30 )
RS232/USB
RS232
RJ45/ADAPTOR
电气隔离交流输入
直流电源( 12-400V ) 电机
硬件规格参数:供电电压: AC 50-265V, 50/60HZ; DC 12-400V额定功率: 2000KW额定电流: 12A(有效值)保护:
•IPM过流、过温保护•IPM欠压保护•上电保护•直流输入侧过电流保护•直流母线侧的过电压保护
功率因素校正: 2000KW
仿真环境:UPMPC:基于 PIC/dsPIC的电机控制和电源变换通用开发平台( PIC/dsPIC based
Universal Platform for Motor control and Power Conversion);仿真器 / 调试器: MICROCHIP公司的 ICD2在线调试器或 Real ICE等;PC机:调试仿真终端; PC机上应安装 MPLAB IDE 8.14以上版本, C30 3.0以上版本;辅助工具: RTDM/DMCI:用于调试及观察电机运行状态;电机:目标控制对象
平台简介
电源板说明如下。1 .外部电源输入 JP6 ,直流或交流电压输入。2 .电源板与控制板的控制信号连接线缆。3 .控制信号连接线缆插座JP5 ,注意连接线缆的连接紧密,不要松动。4 .电源板与控制板的电源连接线缆,注意极性。5 .电源板与控制板的电源连接线缆端子 JP1 , JP2 。6 .故障保护功能设定开关J1 , J2 。7 .故障保护解除按键 S3 。8 .电源指示灯 LED6 。9 .故障保护状态指示灯LED3 , LED4 , LED5 。
平台简介 控制板说明如下 :1 .反馈信号接驳座JP205 , JP208 , JP210 。2 .功能键 S200 。3 .指示灯 LED205 。4 .旋转式电位器 VR1 , VR2 。5 .调试与编程口 J210 。6 .电机转子位置传感器信号接口 J211 ,霍尔信号或光编码器信号。7 .计算机串口通讯 J204 ,隔离式。8 . RTDM 通讯接口 J203 ,非隔离式。9 .电流调理电路增益设定开关J202 , J205 。10 .相电压调理电路衰减率设定开关J200 。11 . PIM 插座 JP206 , JP207 。12 .相电流取样电阻 R232 , R233 。13 .总电流取样电阻 R231 。14 .三相电机接口JP201 , JP202 , JP203 。15 .相电压调理电路状态指示 LED200 ,LED201 。16 .电流调理电路状态指示LED202 , LED203 , LED204 。17 .主控制芯片 U207 。18 .智能功率模块 U214 。19 .系统复位键 S201 。
教学内容及要求序号 实验项目名称 内容摘要 学时 阶段1 电气传动实验平台理论 了解实验平台基本构造 2 基础部分
(第 1~2周)
2 电气传动软硬件设计 学习 UPMPC 硬件电路设计及软件算法
6
3 电气传动平台调试(直流电机) 必做部分
以小组为单位(每组 2-3 人),进行直流电机(有刷 / 无刷、有 / 无传感器)控制系统软硬件设计及后期调试,记录调试过程,整理实验结果。
10 动手实践(第 4~8周)
4 电气传动平台调试(其他电机) 选做部分
直流电机控制调试完成后,每组任选其他电机中一种进行控制系
统设计及调试。
10
5 电气传动平台设计成果
交流 2 成果验收
(第 9 周)
6 电气传动平台设计总结
及报告提交 总结电气控制平台设计及调试过程,材料整理,提交详细的综合
实验报告。
2
上课时间:1-18周
课程概述基础学习设计调试答辩评比
课程安排介绍
实验地点:
电院群楼 4号楼 327
考核说明
序号 考核项目名称 评比概要 占比 备注
1 课堂考勤 按照签到表进行考评 15 %
2 必做部分 动手程度、知识理解程度 20 %
3 选做部分 按照选择的难易程度,完成程度
15 %
4 设计调试部分 系统设计方案报告(以小组为单位进行设计, 2-3 人一组,各自分工明确,分别撰写,汇总为一份报告)
20 %
系统搭建演示答辩(分现场陈述、演示、问答等环节)
30 %
课程资料
参考文献1. 王晓明,电动机的 DSC 控制——微芯公司 dsPIC应用,北京航空航天大学出版社, 2009
2. 刘和平, dsPIC 通用数字信号控制器原理及应用——基于 dsPIC30F 系列,北京航空航天大学出版社, 2007
3. Tim Wilmshurst ,陈晓文等译, PIC 嵌入式系统开发,人民邮电出版社, 2008