三相异步电动机DSP控制调速系统

1、目 录基于DSP控制的感应电机变频调速系统上位机程序使用说明1概述12安装指南33功能使用说明31 系统状态控制命令332 系统设置命令533 控制方式参数设置634 波形显示935 显示辅助设置1036 数据采集参数设置1237 状态显示144使用实例41 开环SPWM异步调制启动转速与启动电流观测1442 磁场定向（FOC）双闭环控制实验1543 试验结束注意1744 显示后期处理17基于DSP控制的高性能无刷直流电动机实验系统上位机程序使用说明1安装指南192软件功能193功能使用说明3.1 系统状态控制命令203.2系统命令213.3实验数据数值及波形显示233.4数据采集参数设置26

2、3.5控制方式参数设置274调速系统275伺服系统286状态显示287其他支持功能298使用实例29外扩DSP使用说明32基于DSP控制的感应电机变频调速系统上位机程序使用说明1概述 MCL-13上位机控制程序，是“基于DSP控制的感应电机变频调速系统(MCL-13)”的上位机控制程序。本软件与MCL-13挂箱配套使用。MCL-13挂箱上备有串口RS232连接插座。用户使用本软件前，应通过此连接插座与上位PC机串口妥善连接。脱离MCL-13挂箱，本软件将无效，装入运行时会引起死机。程序主界面（User Interface）如图1.所示。图1.MCL13上位机程序主界面MSCL-13上位机控制程

3、序可以完成对MCL-13系统的上位机控制,包括面板命令控制、各类控制策略内部参数给定、各类波形捕捉和后期数据图象处理。11 面板控制命令给定：l 串口设置。l 数据后期处理命令给定。l 在下列4种控制策略中，任意选择一种进行实验：开环SPWM 控制，开环空间矢量控制，闭环磁场定向控制，闭环直接转矩控制。l 数据采集类型给定。l 动态速度给定。l 采样量程给定。l 电机启动或停止。l 上、下位机之间的通讯连接，建立或断开。12 各类控制策略内部参数给定:l SPWM模式 同步调制下: 载波比 异步调制下: 开关频率混合调制下: 三段同步调制的频率切换值,每一段的载波比l 空间矢量模式同步调制下:

4、 载波比 异步调制下: 开关频率混合调制下: 三段同步调制的频率切换值,每一段的载波比l 磁场定向模式下:速度环抗饱和PI调节器:P参数 I参数 电流环抗饱和PI调节器: P参数 I参数转子电阻l 直接转矩模式下: 速度环抗饱和PI调节器:P参数 I参数 转矩滞环容差磁通滞环容差定子电阻1.3 各类波形捕捉l SPWM模式下的A相电流波形、B相电流波形和转速波形l 空间矢量模式下的A相电流波形、B相电流波形和转速波形l 磁场定向模式下的A相电流波形、B相电流波形、转速波形、相磁通、 相磁通。l 直接转矩模式下的A相电流波形、B相电流波形、转速波形、相磁通、 相磁通。l 波形捕捉最多可以同时显示

5、两条曲线，可以选择一条或者选择不显示曲线。l 波形捕捉可以选择为循环显示或者只显示单次l 波形捕捉可以选择为X-Y或者Y-t显示，在X-Y模式下可以观察磁通轨迹圆图。1.4 后期数据图象处理l 保存数据文件:数据将被保存在后缀名为dtc文件中。l 打开数据文件:打开以前保存的后缀名为dtc文件。l 上传数据文件:数据文件上传，需配合网络版使用。l 保存位图文件:将显示区域内的图象保存成位图文件,后缀名为bmp。1.5 动态功能设置 l 启动时动态速度给定。l 启动时动态量程改变。l 启动时动态采样波形改变。l 启动时采样暂停/重新刷新。2安装指南本程序的安装文件为SETUP.EXE,如果是软盘

6、安装，将有两张软盘，分别标记为安装盘1和安装盘2#。l 软盘安装： 运行安装盘1#的SETUP.EXE, 双击运行后, 按系统提示插入安装盘2#, 然后按提示完成安装。l 拷贝安装：先将安装盘1#和安装盘2#的文件全部拷贝至同一目录,例如 d:mcl13setup。再运行SETUP.EXE, 按提示完成安装。l 串口使用：使用串口线，连接MCL13挂箱上插座与电脑串口插座。l 串口属性设置：传输速率:19200 BPs,数据位:8位,奇偶校验位:odd,停止位1位。 串口端口根据计算机接线不同设置,范围为COM1COM4l 安装完成后,执行文件为安装目录下的Mcl13run.EXE.3功能使用

7、说明31 系统状态控制命令 发系统状态控制命令并显示系统状态的“系统状态”框，位于主界面右下角，它包括两个部分：图2.a 系统控制图2.b 系统控制图2.c 系统控制图2.d 系统控制 （1）“系统连接/断开连接”按钮，用于与下位机建立通讯。程序启动时，并未与下位机建立连接，按“连接”按钮（图2.a）可以建立与下位机的连接当程序与下位机建立了连接以后，显示变为“断开连接” （图2.b）,同时按钮上的红灯变为绿灯，表示与下位机连接正常。当与下位机通讯完成以后，需要按“断开连接”按钮来结束与下位机的连接，此时绿灯变为红灯（图2.a）。请注意：上、下位机通讯建立后，挂箱上的控制电位器与按钮失效，控制

8、权已转移到上位机控制界面上。反之，断开连接后，控制权回复到挂箱上。（2）“电机启动”和“电机停止”按钮，用于控制电机的启动和停止，当参数设置完毕以后，按“启动”按钮（图2.b）将发送命令给下位机，电机启动，并传送数据用于波形显示（图2.c），此时按钮上方的“”将表示电机正在运行。按“停止”按钮将停止命令发送给下位机，状态恢复为（图2.b）所示。图3系统命令图4.a串口属性对话框图4.b串口属性对话框（3）“暂停刷新/恢复刷新”按钮。用于在电机启动时，暂停或者恢复数据采集（当数据采集设置为循环采集时）。电机运行时，按下“暂停刷新”，数据将停止刷新，用户可以对当前显示数据和图形进行处理，处理完成以

9、后，按“恢复刷新”可以重新刷新数据和图形。3.2系统设置命令发系统设置命令的“系统命令”框，位于主界面的左上角，是一系列的命令按钮，如（图3）所示。它共包含以下7个命令按钮：（1）串口设置：用于设置串口的各项数据。通过点击该按钮进入串口设置对话框，如（图4.a）所示。可以在对话框内，选择计算机与挂箱连接的串口端口号、串口的传输速率、数据位、奇偶位和停止位，如4.b）所示。在设置完成之后，可按“确定”，更改设置，并退出对话框；也可按“取消”，采用默认值，放弃修改，并退出对话框。默认设置为：端口“COM1”,最大速度：“19200”，数据位“8”，奇偶位“odd”, 停止位“1”。一般情况下，在安

10、装程序时，完成串口设置，做实验时，无须重新设置。（2）显示设置：图5.a显示设置对话框图5.b显示设置对话框颜色设置用于设置显示曲线的各类属性。通过点击该按钮进入对话框，如（图5.a）所示：系统可以同时存储四个缓冲区的数据，其中一个是当前曲线，三个为暂存曲线。可以在显示设置对话框内设置四个曲线的颜色、线形、是否在显示区域内显示和设置背景色。在“显示”前面打钩表示显示该曲线，按“颜色”后面的“.”按钮可以进入颜色选择对话框，如（图5.b）所示，可以选择适当的颜色，按“线形”后面的下拉框可以选择该曲线的线形，有“实线”、“划线”和“点线”三种选择。在设置完成之后，如按“确定”则更改设置并退出对话框

11、；如按“取消”则放弃修改并退出对话框。（3）默认设置：点击该按钮将恢复系统的默认设置。（4）保存数据：点击该按钮将显示文件保存对话框，将当前的数据保存到一个后缀名为DTC的文件中。图6 数据文件上传对话框图7.a，控制方式参数设置（5）打开数据：点击该按钮将显示文件打开对话框，打开以前保存的后缀名为dtc文件。（6）上传文件：点击该按钮将数据文件上传，如（图6）所示，需配合网络版使用。（7）保存图片: 点击该按钮将显示文件保存对话框，将当前波形显示区域的波形保存到一个位图文件中，后缀名为bmp。3.3控制方式参数设置 位于主界面左侧中部的“控制方式参数设置”框如(图7.a)所示。点击不同的按钮

12、将对不同的控制策略设置不同的参数。（1）SPWM 点击“SPWM”按钮，将给出SPWM控制方式下参数设置对话框，如（图7.b）所示。从此对话框可见其参数设置可以分为几个部分：图7.b. SPWM控制参数设置对话框u 速度/频率给定：给定范围：频率（050Hz）u 启动曲线低频补偿：给定范围：低频补偿（0.0240.15）u 同步调制选定：可以改变载波比N，给定范围: 648u 异步调制选定：可以改变开关频率F,给定范围:3002400Hzu 混合调制选定：可以改变三段同步调制的频率切换值F1、F2,每一段的载波比N1、N2、N3。F1范围：（520Hz），F2范围（2035Hz）。N1范围（4

13、8144），N2范围（4880），N3范围（648）。图8。磁场定向参数设置对话框 按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。（2）空间矢量(SVM)点击“空间矢量”按钮，将给出空间矢量控制下参数设置对话框，如（图7）所示。该对话框与SPWM模式下的参数设置对话框一致。参数设置方法也可参见其说明。（3）磁场定向点击“磁场定向”按钮，将给出磁场定向控制下参数设置对话框，如（图8）所示。从此对话框可见其参数设置可以分为以下几个部分：u 速度/频率给定：给定范围：频率（050Hz）u 速度环抗饱和PI调节器： P参数，I参数u 电流环抗饱和PI调节器： P参数，I参数u 转

14、子电阻：变化范围（80%120）按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。（4）直接转矩点击“直接转矩”按钮，将给出直接转矩控制下参数设置对话框，如（图9）所示。从此对话框可见其参数设置可以分为以下几个部分：u 速度/频率给定：给定范围：频率（050Hz）u 速度环抗饱和PI调节器：P参数 ，I参数u 转矩滞环容差：调节转矩环滞环宽度（%）u 磁通滞环容差：调节磁通环滞环宽度（%）u 定子电阻：变化范围（80%120）按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。图9，直接转矩参数设置对话框3.4波形显示 波形显示区域位于主界面的中上方，如（图1

15、0）所示。图10波形显示区域u 红线扫描：当曲线显示以后，用鼠标在显示区域点击，可以出现如（图11）所示的一条红线，当红线在显示区域内移动时，在相应的数值显示区域（详见3.5,图13）将显示波形的在这个点上的数值。单击鼠标右键将取消移动红线。图11，波形数值显示指示线图12，零线调节带u 零线调节：在波形显示区域的左边，有一条如（图12）所示的拖动带，它可以调节显示区域的零线。3.5显示辅助设置显示辅助设置包括两个部分：显示处理部分和数值显示部分。（1）显示处理显示处理部分位于主界面波形显示区域上方，如图13所示。从图可见，其处理命令包括：图13，显示处理图14，数值显示l 保存：将当前从下位

16、机传送来的显示曲线保存到一个缓存中。系统提供三个缓存，分别为:曲线1、曲线2、曲线3。按下“保存”按钮后将出现如（图15.a）所示的曲线保存对话框。选择将存储的缓存，然后给曲线命名，可以将当前的两条曲线同时保存。设置完成后按“确定”结束，按“取消”取消操作。图15.a 曲线保存对话框图15.b 曲线保存示例l 清空：清空当前缓存1、2、3里面的数据。l 当前1：触发按钮，当按钮被按下时，表示要求显示当前曲线1。按钮弹起时，表示不显示该曲线。l 当前2：触发按钮，当按钮被按下时，表示要求显示当前曲线2。按钮弹起时，表示不显示该曲线。l 曲线1：触发按钮，当按钮被按下时，表示要求显示缓存曲线1。当

17、缓存1的名字被改变时，此时按钮的显示名称将同时改变（详见3.5 保存，图15a图15b）。按钮弹起时，表示不显示该曲线。l 曲线2：触发按钮，当按钮被按下时，表示要求显示缓存曲线2。当缓存2的名字被改变时，此时按钮的显示名称将同时改变（详见3.5 保存，图15a图15b）。按钮弹起时，表示不显示该曲线。l （）：放大按钮，当按钮被按下时，表示显示处于放大状态，当鼠标移动到波形显示区域时，鼠标显示图标变为 （），在需要放大的点附近按一次，显示区域将以此点为中心，同轴放大一倍。最多放大8倍。再次点击按钮，按钮弹起表示退出放大状态，也可以通过在波形显示区域单击鼠标右键来退出放大状态。注意：在放大状态

18、时，显示零线调节功能（详见3.4，图12）被禁止。l （）：缩小按钮。当按钮被按下时，表示显示处于缩小状态，当鼠标移动到波形显示区域时，鼠标显示图标变为（），它只对曾经被放大过了的显示波形有效，在显示区域点击一次，显示将缩小一半，直到显示为原来状态为止。再次点击按钮，按钮弹起表示退出缩小状态，也可以通过在波形显示区域单击鼠标右键来退出缩小状态。注意：在缩小状态时，显示零线调节功能（详见3.4，图12）被禁止。l 网格：当按钮被按下时将在波形显示区域显示网格，当按钮弹起时，表示在波形显示区域不显示网格。（2）数值显示部分见图1，数值显示部分位于主界面右下方。当显示区域出现红线扫描（详见3.4 ,

19、图11）时,将扫描到的曲线上该点的值在数值显示部分显示出来，如图14所示。3.6数据采集参数设置 见（图1），位于主界面右上方，用于数据采集参数设置的“采集数据类型”框，如（图16.a）所示。系统支持最多两条曲线同时显示，可以根据点击的不同控制策略，如（图16.b）所示，选择不同的波形显示。此外，还可以选择循环采集或者单次采集，选择X-Y显示或者Y-t显示，并可以通过变换量程来改变时间轴。（1）系统支持的采集类型：最多可以同时显示两条曲线，也可以选择一条,或者选择不显示曲线。系统在不同控制方式下支持不同的数据采集与波形显示：SPWM控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形。空间矢量控制

20、方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形。磁场定向控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形、相磁通、 相磁通。直接转矩控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形、相磁通、 相磁通。（2）波形显示类型：可以选择为循环显示或者只显示单次，当在“循环”前面打钩时，表示循环采集，反之则只采集一次曲线。单次采集可以用来捕捉启动暂态过程。图16.a数据采集设置图16.b数据采集类型设置注意：系统支持在电机运行时动态改变2路采集波形类别的改变。（3）X-Y或者Y-t显示选择： 波形显示可以选择为X-Y或者Y-t显示，在X-Y模式下可以观察磁通轨迹圆图。当在“X-Y轴”前面打钩，表示采用X-

21、Y坐标。反之则表示采用“Y-t”坐标显示曲线。注意：系统支持在电机运行时动态改变X-Y 与Y-t设定的改变。（4）量程选择： 量程选择框如（图17）所示，其单位为ms/格，这里的“格”指的是显示区域每个大网格的单位。范围为：10ms/div500ms/div，显示区域时间轴范围为：100ms5s。图17量程选择注意：系统支持在电机运行时动态改变采样量程的改变。（5）动态转速给定：动态速度给定如（图18）所示，在电机启动时，允许用户动态设定给定转速，设定完给定后，按“传送”按钮传送发送值。图18 动态速度给定3.7状态显示见图1，位于主界面下方的状态显示栏，用于显示系统当前的各类设置和状态变化。

22、如（图19）所示。 端口状态：显示端口状态，“端口开”或者“端口关”串口设置：显示当前串口的设定值连接状态：显示与下位机的连接是否正常。“连接正常”或者“连接失败”控制方式：显示当前控制方式。动态框：显示用户操作的信息，用户的动作，系统动态参数的汇报，错误报告。图19状态栏4使用实例 41开环SPWM异步调制启动转速与启动电流观测具体操作步骤如下：（1）检查上位机与挂箱之间的串口连接线、挂箱上的连接线、挂箱与电机以及挂箱与验台之间的连接线。所有连接线正常后，接通挂箱上控制电源开关。此时，挂箱上的指示灯亮，指示系统处于默认状态（SPWM控制，同步调制），数字显示频率给定；如按相应的按钮或旋转相应

23、的电位器，可改变系统设置。（2）运行上位机程序Mcl13run.EXE，出现主界面。点击右下角的“连接”，以建立与下位机的通讯。详见3.1.（1），(图2.a)、(图2.b)。如果出现连接正常提示，则说明系统的控制权已转移到上位机，挂箱上的控制按钮和电位器已失效；否则，说明连接失败，返回到（1）。（3）单击界面左边的控制方式设置对话框“SPWM“按钮，进入“SPWM参数设定对话框”。详见3.3.（1）（图7.0）、（图7），设定转速给定为“1500”，设定调制方式为“异步调制”。按“确定”退出对话框。（4）在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“速度曲线”，在“曲线2”的

24、下拉框中选择“A相电流”。详见3.6.（1）,（图16.a）、（图16.b）。在“循环”复选框前取消打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“200”档，详见3.6.（4）,（图17）。（5）选中界面中上方的显示辅助设置中的“当前1” ，“当前2”按钮，详见3.5(图13)。（6）设置完成后，给挂箱接上主电路电源（一般情况下，所有连接线正常，接通挂箱上控制电源开关后，就可以给挂箱接上主电路电源。）。（7）按“启动”按钮，详见3.1.b,（图2.b）、（图2.c），电机启动。（8）等待数据传送，波形显示。（9）按“停止“按钮，详见3.1.b

25、,（图2.b）、（图2.c），电机停止。 (10) 试验可以得到如图20 所示的试验结果图形。图20 SPWM模式下 速度、电流启动曲线42磁场定向（FOC）双闭环控制实验实验任务：（1）磁场场定向双闭环控制启动转速、电流曲线观察。（2）稳态电流观察。（3）稳态磁通观察（4）稳态磁通轨迹曲线观察。具体操作步骤如下：（1）检查上位机与挂箱之间的串口连接线、挂箱上的连接线、挂箱与电机以及挂箱与验台之间的连接线。所有连接线正常后，接通挂箱上控制电源开关。此时，挂箱上的指示灯亮，指示系统处于默认状态（SPWM控制，同步调制），数字显示频率给定；如按相应的按钮或旋转相应的电位器，可改变系统设置。（2）运

26、行上位机程序Mcl13run.EXE，出现主界面。点击右下角的“连接”，以建立与下位机的通讯。详见3.1.（1），(图2.a)、(图2.b)。如果出现连接正常提示，则说明系统的控制权已转移到上位机，挂箱上的控制按钮和电位器已失效；否则，说明连接失败，返回到（1）。（3）单击界面左边的控制方式设置对话框“磁场定向”按钮，进入“磁场定向控制界面”。详见3.3.（3）（图8），设定转速给定为“1200”。按“确定”退出对话框。（4）在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“速度曲线”，在“曲线2”的下拉框中选择“A相电流”。详见3.6.（1）,（图16.a）、（图16.b）。在“

27、循环”复选框前取消打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“200”档，详见3.6.（4）,（图17）。（5）选中界面中上方的显示辅助设置中的“当前1”，“当前2”按钮，详见3.5(图13)。（6）设置完成后，给挂箱接上主电路电源（一般情况下，所有连接线正常，接通挂箱上控制电源开关后，就可以给挂箱接上主电路电源。）。（7）按“启动”按钮，详见3.1.b,（图2.b）、（图2.c），电机启动。（8）等待数据传送，波形显示。（9）按“停止“按钮，详见3.1.b,（图2.b）、（图2.c），电机停止。(10) 试验可以得到如（图21.a） 所示的试验结果图形,按“保存图形”保存试验结果。(11) 在界面右上角的“采集数据类型”中，在