點(diǎn)擊標(biāo)題下「MPS芯源系統(tǒng)」可快速關(guān)注

在國(guó)家教育部高等教育司的指導(dǎo)下，MPS 公司開(kāi)展的“產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目” 已進(jìn)行了四年。四年來(lái)，MPS 公司匯聚行業(yè)資源，圍繞產(chǎn)業(yè)的最新技術(shù)和解決方案，支持全國(guó)高校人才培養(yǎng)和專業(yè)綜合改革，深化產(chǎn)教融合、產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人，共同推進(jìn)科技前沿創(chuàng)新，聯(lián)合培養(yǎng)了一流創(chuàng)新型和實(shí)踐型的人才，產(chǎn)出了一系列優(yōu)秀的項(xiàng)目成果。

本篇為大家展示的是上海大學(xué)楊影老師的項(xiàng)目成果。

1. 項(xiàng)目背景

《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程，是學(xué)生培養(yǎng)體系中“理論到實(shí)踐”的探究型橋梁課程，因此實(shí)踐是該課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，可以加強(qiáng)學(xué)生的對(duì)基本理論的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作與研究能力?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于模擬控制的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)完成，與數(shù)字控制融合不足，且無(wú)法滿足學(xué)生探究型學(xué)習(xí)需要。

通過(guò)引入 MPS 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和磁編碼器產(chǎn)品，搭建直流調(diào)速系統(tǒng)小型化數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生更好掌握數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)代碼自動(dòng)生成與仿真實(shí)踐有機(jī)融合，開(kāi)展探究型學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生高階學(xué)習(xí)能力。

2. 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

建立以 MP1584作為DCDC降壓芯片、MP6515作為驅(qū)動(dòng)芯片、磁編碼器MA732 作為測(cè)速元件的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；控制器為TI TMS320F2833，基于模型設(shè)計(jì)（Model-Based Design）自動(dòng)生成控制代碼，與直流電動(dòng)機(jī)仿真實(shí)踐平臺(tái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合。同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)上位機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流、發(fā)送控制指令和在線調(diào)試PID參數(shù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

功率驅(qū)動(dòng)板采用24V開(kāi)關(guān)電源供電， MP1584將24V電壓降為3.3V給控制板和MA732供電。MP1584為高頻降壓變換器，4.5-28V的寬電壓輸入范圍，1.5MHz的開(kāi)關(guān)頻率可有效降低EMI噪聲問(wèn)題。

圖2 MP1584用于電壓轉(zhuǎn)換

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用MP6515，其內(nèi)部集成H橋驅(qū)動(dòng)和電流檢測(cè)電路。安全功能包括過(guò)流過(guò)壓、欠壓和過(guò)熱保護(hù)。MP6515作為24V直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)電流檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)VISEN端口電壓，經(jīng)控制器ADC采樣處理后得到電流，用作電流閉環(huán)反饋。邏輯控制簡(jiǎn)單，對(duì)PHASE端口附高低電平，實(shí)現(xiàn)H橋開(kāi)關(guān)器件的控制。

圖3 MP6515用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電流檢測(cè)

MA732通過(guò)對(duì)電機(jī)軸永磁體相位檢測(cè)獲取轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)而計(jì)算出轉(zhuǎn)速，具有SPI、ABZ和PWM三種信號(hào)獲取方式。本項(xiàng)目使用ABZ正交編碼功能，測(cè)量AB兩相脈沖邊沿個(gè)數(shù)，采用M法計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖4 MA732用于轉(zhuǎn)速計(jì)算

圖5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板PCBA

學(xué)生使用Simulink對(duì)直流電機(jī)閉環(huán)控制做精確建模仿真，通過(guò)仿真學(xué)習(xí)直流電機(jī)閉環(huán)控制，觀測(cè)不同控制器參數(shù)下電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，后根據(jù)仿真模型生成控制代碼用于直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生探究型實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/span>

圖6為直流電機(jī)控制自動(dòng)代碼模型，分為控制部分，感測(cè)計(jì)算和通信。控制部分主要包括轉(zhuǎn)速電流閉環(huán)PID控制器和輸出PWM信號(hào)的配置。感測(cè)計(jì)算為電流和轉(zhuǎn)速的采樣和計(jì)算，對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片MP6515的VISEN端口ADC采樣計(jì)算后得到電機(jī)電流，對(duì)MA732的ABZ輸出脈沖進(jìn)行邊沿檢測(cè)，獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，微分濾波后得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。通信為SCI異步串行通信，配置與上位機(jī)模型的通信波特率和中斷，發(fā)送轉(zhuǎn)速電流等電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)接收上位機(jī)模型的各種指令信號(hào)。

圖6 直流電機(jī)控制自動(dòng)代碼模型

圖7為上位機(jī)模型，與直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行交互。左側(cè)為電機(jī)轉(zhuǎn)速交互模塊，數(shù)據(jù)接收部分為轉(zhuǎn)速、電壓和電流的實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)發(fā)送部分可控制電機(jī)的啟停和PID參數(shù)的在線調(diào)試，右側(cè)為根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)速和電流數(shù)據(jù)繪制波形窗口。

圖7 直流電機(jī)控制上位機(jī)模型

圖8為轉(zhuǎn)速和電流實(shí)驗(yàn)波形圖。

3. 項(xiàng)目總結(jié)

利用此項(xiàng)目成果，在直流電機(jī)數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)中，可以規(guī)避手寫控制算法代碼和配置底層代碼。利用Simulink模型生成控制代碼，使得實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)單化，圖形化，學(xué)生可以專注于算法設(shè)計(jì)，而不過(guò)分關(guān)注底層配置。利用代碼生成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行直流電機(jī)數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)，有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力綜合應(yīng)用能力。

歡迎各大高校師生加入MPS產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，校企共發(fā)展、協(xié)作育新人！

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