實時仿真技術(shù)在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
楊前，劉衛(wèi)國，駱光照
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：實時仿真技術(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估，dSPACE系統(tǒng)是實時仿真技術(shù)研究的良好應(yīng)用平臺，它提供了真正實時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)的永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的實時仿真控制模型。通過dSPACE實時仿真系統(tǒng)以及相應(yīng)的功率驅(qū)動電路，實現(xiàn)了永磁同步電動機的運動控制，獲得了滿意的控制效果。
關(guān)鍵詞：實時仿真；運動控制；dSPACE；承磁同步電動機；直接轉(zhuǎn)矩控制
中圖分類號：TM343 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)12—0004—04
引言
仿真是借助于計算機和其它相關(guān)的硬件設(shè)備，通過模型對系統(tǒng)進行研究的方法。實時仿真技術(shù)是在考慮實時仿真算法、仿真系統(tǒng)的時序、時間同步以及時間延遲和補償?shù)幕A(chǔ)上對系統(tǒng)進行的動態(tài)仿真，它是模型系統(tǒng)在實際條件下實時運行的真實反映。與數(shù)字仿真相比，實時仿真的****優(yōu)勢在于設(shè)計的系統(tǒng)能夠直接作用于被控對象。由于被控對象直接參與驗證過程，立即就能夠?qū)λO(shè)計系統(tǒng)的有效性進行評估。所以在一般的工業(yè)領(lǐng)域，采用實時仿真技術(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)今的自動化技術(shù)中，運動控制系統(tǒng)代表著用途****而又最復(fù)雜的任務(wù)。運動控制系統(tǒng)的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動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)是實現(xiàn)驅(qū)動控制功能的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)之一[2]。永磁同步電動機交流伺服系統(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)動的要求。隨著永磁材料性能的大幅度提高和價格的降低，永磁電機在工生產(chǎn)自動化領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。
本文研究基于dSPACE實時仿真系統(tǒng)的實時仿真技術(shù)的相關(guān)原理，并通過速度與電流雙閉環(huán)的永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制實例來闡述實時仿真技術(shù)在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用原理。
1實時仿真技術(shù)分析
應(yīng)用實時仿真技術(shù)設(shè)計運動控制系統(tǒng)的方法如圖1所示．
根據(jù)給定系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)完成整個運動控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真.當(dāng)離線仿真獲得滿意結(jié)果后，將受控對象隔離出來，通過相應(yīng)的接口模塊將控制器連時工作組(RTw)進行擴展，將實時仿真模型生成實時代碼，并自動編譯、連接、下載到實時硬件中。實時硬件與外部驅(qū)動電路連接，完成控制功能與反饋信號采集。contmlDesk提供對試驗過程的綜合管理，在線參數(shù)調(diào)整，建立用戶虛擬儀表以及實時觀測控制效果等功能。
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，經(jīng)過光電隔離電路作為驅(qū)動板中逆變器的控制信號控制電動機運行。
4 dSPAcE系統(tǒng)在運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例
本文給出的永磁同步電動機運動控制系統(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，整個運動控制系統(tǒng)框圖如圖4所示。
速度反饋由增量式光電編碼器實現(xiàn)。dsPAcE系統(tǒng)的DS3002接口板專門用于增量式編碼器信號輸入。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。DS3002／POS剮cl模塊有兩個輸出：一個是以脈沖數(shù)表示的轉(zhuǎn)子位置信號；另一個是以轉(zhuǎn)子位置差表示的速度信號。由于轉(zhuǎn)子的初始位置可能是任意點，所以必須對轉(zhuǎn)子零位進行校準(zhǔn)。通過Ds3002／INDEx B1 cl零位信號檢測模塊和DS3002／POs—B1一cl位置信號測量模塊可以實現(xiàn)永磁同步電動機轉(zhuǎn)子初始位置校準(zhǔn)和速度反饋。轉(zhuǎn)子初始位置信號校準(zhǔn)子系統(tǒng)如圖5所示。
轉(zhuǎn)子速度測量子系統(tǒng)如圖6所示。通常實時仿真的時間步長可以在實時仿真系統(tǒng)硬件條件允許下取任意小。采樣時間則根據(jù)系統(tǒng)要求的精度，人為設(shè)置，最小為實時仿真的時間步長。由于采樣時間和實時仿真的時間步長不等長，實際的轉(zhuǎn)子速度是一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)子的平均速度。
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