电励磁直线音圈电机的建模仿真研究
摘要:本控制系统是电励磁直线音圈电机半实物仿真平台的基础上,通过一定的控制算法形成控制器,通过控制器来控制电机的转速的半实物仿真系统。在本控制系统中,在MATLAB/simulink中建立出直流电机控制系统的模型,通过在线仿真的方法得到控制器的参数,来实现最优控制。其中控制系统中各项参数形成的控制器是虚拟部分。对于本控制系统的硬件部分,是通过在实时仿真系统dSPACE中的硬件部分的基础上,通过设计相应的输入输出接口电路, 测量电机转速电路,电机驱动电路等,这是实物部分。电励磁直线音圈电机的半实物仿真平台不仅可以减少开发产品的时间,而且可以通过离线仿真的方式对于系统的硬件以及软件的参数进行相应的调整,这样可以减少普通的产品开发过程中,由于无法及时的验证方案而带来的人力物力的损失,一定程度上节约了成本以及开发产品反反复复测试和修改所带来的时间上的损失。
关键字:dSPACE,直流电机,Simulink,离线仿真
Abstract:This control system is based on dSPACE semi-physical simulation platform on the basis of the controller are formed by a certain control algorithm, through the controller to control the speed of the motor of hardware-in-the-loop simulation system. In this control system, in the MATLAB/simulink to establish the model of dc motor control system, through online simulation method to get the parameters of the controller, to achieve optimal control. Of the various parameters of the controller in control system is the virtual part. For the hardware part of this control system, through the real-time simulation system based on the hardware part in dSPACE, through the design of the corresponding input/output interface circuit, measuring circuit of motor speed, motor drive circuit and so on, this is the physical part. Semi-physical simulation platform based on dSPACE can not only reduce product development time, but also through the way of offline simulation for the parameters of the system hardware and software for the corresponding adjustment, so that we can reduce the common product development process, because it could not timely validation protocols and bring the loss of manpower, to some extent, save the cost and the development of product testing and repeated revision brought about by the loss of time.
Keywords:dSPACE, DC motor, Simulink, Off-line simulation
目 录
第1章 绪论…………………………………………………………………………………………………. 1
1.1课题的研究现状……………………………………………………………………………….. 1
1.2总体设计方案简介……………………………………………………………………………. 3
1.3总体设计拟采用的实施方案……………………………………………………………… 3
第 2 章 电励磁直线音圈电机的半实物仿真技术………………………………………….. 5
2.1 dSPACE实时仿真系统………………………………………………………………………. 5
2.1.1 dSPACE的介绍………………………………………………………………………….. 5
2.1.2 dSPACE的优点………………………………………………………………………….. 5
2.2. 电励磁直线音圈电机半实物仿真平台的方法………………………………….. 6
2.2.1传统控制系统的方法…………………………………………………………………. 6
2.2.2 电励磁直线音圈电机平台下的方法…………………………………………… 8
2.2.3半实物开发流程图…………………………………………………………………….. 8
第3章 直流电机驱动系统的设计……………………………………………………………….. 9
3.1电机驱动电路的设计与控制……………………………………………………………… 9
3.1.1 电机驱动电路的原理………………………………………………………………… 9
3.1.2 电机驱动电路的原理图…………………………………………………………… 10
3.1.3直流电机的调速方案……………………………………………………………….. 10
3.2电机位置检测电路的设计……………………………………………………………….. 11
3.2.1 电机的位置传感器的种类……………………………………………………….. 11
3.2.2电机转速的测量………………………………………………………………………. 13
3.2.3霍尔元件型号的选择……………………………………………………………….. 13
第4章 系统的仿真实现……………………………………………………………………………… 16
4.1电机控制系统模型的建立……………………………………………………………….. 16
4.1.1 MATLAB中电机模型的建立………………………………………………………. 16
4.1.2直流电动机参数整定……………………………………………………………….. 18
4.1.3调节器参数的整定…………………………………………………………………… 18
4.1.4转速调节器设计………………………………………………………………………. 19
4.2直流电机仿真模型建立…………………………………………………………………… 21
4.3 PID控制器下系统的输出……………………………………………………………….. 21
第5章 电励磁直线音圈电机平台的软件设计……………………………………………… 24
5.1 RTI模型的建立……………………………………………………………………………… 24
5.1.1测量电机转速RTI的构建………………………………………………………… 24
5.1.2 PWM接口RTI模型的建立………………………………………………………… 24
第6章 在线调试与仿真过程………………………………………………………………………. 25
6.2 控制系统模型的编译……………………………………………………………………… 25
6.2.1参数的设定……………………………………………………………………………… 25
6.2.2代码的生成及下载………………………………………………………………….. 27
6.2.3建立观测界面…………………………………………………………………………. 27
6.3嵌入半实物………………………………………………………………………………….. 28
小结………………………………………………………………………………………………….. 29
第7章 结 论……………………………………………………………………………………………. 30
致谢……………………………………………………………………………………………………………. 31
参考文献…………………………………………………………………………………………………….. 32
附录……………………………………………………………………………………………………………. 33