實時仿真技術在運動控制系統中的應用
楊前，劉衛國，駱光照
(西北工業大學，陜西西安710072)
摘要：實時仿真技術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系統是實時仿真技術研究的良好應用平臺，它提供了真正實時的控制方式以滿足不同系統的控制要求。基于MATLAB／Simulink建立了速度和電流雙閉環的永磁同步電動機直接轉矩控制的實時仿真控制模型。通過dSPACE實時仿真系統以及相應的功率驅動電路，實現了永磁同步電動機的運動控制，獲得了滿意的控制效果。
關鍵詞：實時仿真；運動控制；dSPACE；承磁同步電動機；直接轉矩控制
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：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的硬件設備，通過模型對系統進行研究的方法。實時仿真技術是在考慮實時仿真算法、仿真系統的時序、時間同步以及時間延遲和補償的基礎上對系統進行的動態仿真，它是模型系統在實際條件下實時運行的真實反映。與數字仿真相比，實時仿真的****優勢在于設計的系統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，立即就能夠對所設計系統的有效性進行評估。所以在一般的工業領域，采用實時仿真技術不但能夠大大地縮短系統研發周期，還能夠有效降低系統研發成本。
在當今的自動化技術中，運動控制系統代表著用途****而又最復雜的任務。運動控制系統的發展能夠實現驅動控制功能的多樣化和復雜性，滿足不同的生產要求。而伺服控制技術是實現驅動控制功能的基礎與關鍵技術之一[2]。永磁同步電動機交流伺服系統在技術上已趨于成熟，具有優良的低速性能，并可實現弱磁高速控制，拓寬了系統調速的范圍，能夠適應高性能伺服驅動的要求。隨著永磁材料性能的大幅度提高和價格的降低，永磁電機在工生產自動化領域中的應用越來越廣泛。
本文研究基于dSPACE實時仿真系統的實時仿真技術的相關原理，并通過速度與電流雙閉環的永磁同步電動機直接轉矩控制實例來闡述實時仿真技術在運動控制系統中的應用原理。
1實時仿真技術分析
應用實時仿真技術設計運動控制系統的方法如圖1所示．
根據給定系統的設計指標完成整個運動控制系統的數字仿真.當離線仿真獲得滿意結果后，將受控對象隔離出來，通過相應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，在線參數調整，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換成直流電壓，經過濾波作為逆變器的直流母線電壓。通過dsPAcE／Ds4002t，wM3-OuT模塊產生的PwM控制信號，經過光電隔離電路作為驅動板中逆變器的控制信號控制電動機運行。
4 dSPAcE系統在運動控制系統中的應用舉例
本文給出的永磁同步電動機運動控制系統采用速度環和電流環雙閉環的直接轉矩控制方法，整個運動控制系統框圖如圖4所示。
速度反饋由增量式光電編碼器實現。dsPAcE系統的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：一個是以脈沖數表示的轉子位置信號；另一個是以轉子位置差表示的速度信號。由于轉子的初始位置可能是任意點，所以必須對轉子零位進行校準。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永磁同步電動機轉子初始位置校準和速度反饋。轉子初始位置信號校準子系統如圖5所示。
轉子速度測量子系統如圖6所示。通常實時仿真的時間步長可以在實時仿真系統硬件條件允許下取任意小。采樣時間則根據系統要求的精度，人為設置，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，實際的轉子速度是一段時間內轉子的平均速度。
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