ELDSPMCKIVDSP电机控制实验开发套件.docx
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ELDSPMCKIVDSP电机控制实验开发套件
EL-DSPMCK-IVDSP电机控制实验开发套件
一、适用范围：
EL-DSPMCKIV：
DSP电机控制实验开发套件，以下简称MCKIV电机控制套件，是针对工科高校本科电气信息类、控制类、电气工程及其自动化专业以及自动化专业的实验教学而设计的一个系列产品，适合于DSP应用于电机数字控制的实验和技术研究。
二、结构简介及特点：
采用集成结构，能实现五种电机的控制，包括三相交流异步电机，直流有刷电机，直流无刷电机，永磁同步电机和三相步进电机。
也可以单独控制一种电机，成本更低。
1、产品结构特点
（1）功率部件采用国际整流器IR公司的IPM模块IRAMS06UP60B，整体结构采用类似变频器结构，所有功率电路和检测部件封装在机壳内部，使产品的安全性和可靠性更高。
（2）监控部分也安装在机壳内部，可以控制电源通断，电机选择和各种信息与状态观测；针对不同的电机，由于母线电压不一样，控制部分有自检功能，能通过不同的电缆连接区分不同的电机，各种母线电压不同的电缆所配备的航空插座芯数是不一样的，以防止用户接错，提高了系统安全性。
（3）核心控制部件是DSP的CPU板。
CPU板和控制接口板INF2以及控制接口板INF3组合成DSPCPU控制组合板，控制组合板直接插接到MCKIV前面板上，控制内部的功率部件，方便用户更换不同的CPU板卡组；目前有TMS320LF2407、TMS320C2812和TMS320F28335CPU三种CPU板。
（4）控制对象是小型马达及加载装置和测速装置，它们都是通过电缆与功率部件或者CPU板连接；不同的电机机组组成形式有所不同。
三相交流异步电机和直流有刷电机采用欧姆龙公司的1000线增量式旋转光电编码器，永磁同步电机采用多摩川公司的2500线混合式光电编码器。
直流无刷电机采用电机内部的霍尔信号传感器，三相步进电机不接测速装置。
（5）人机接口采用液晶显示屏和薄膜开关按键，操作界面更友好，观察信息更方便。
和磁粉制动器以及其他辅助控制功能由一个单片机进行控制，不占用DSP的处理时间。
（6）三相交流异步电机和永磁同步电机主电源采用单相220V交流整流电源，输出直流300V，直流有刷电机主电源采用110V开关电源，直流无刷电机和三相步进电机主电源采用24V开关电源，可以根据实验设定输出电压；各种电动机在控制器端采用统一接口，在电机端采用不同接口；
（7）主电源、逆变电路、负载控制电路和监控电路都集成在同一个机箱内，机箱则采用立式全铝外壳，有较好的屏蔽效果以及更加精美的外观设计；
2、产品具有多种型号电机和多种配置方案
产品共有如下6个型号，是针对不同的电机控制而设计：
（1）EL-DSPMCKIV-AC三相交流异步电机控制实验开发套件
（2）EL-DSPMCKIV-DC直流有刷电机控制实验开发套件
（3）EL-DSPMCKIV-BLDC直流无刷电机控制实验开发套件
（4）EL-DSPMCKIV-PMSM永磁同步电机控制实验开发套件
（5）EL-DSPMCKIV-BJ三相步进电机控制实验开发套件
（6）EL-DSPMCKIV五合一五种电机控制开发套件
3、实验套件硬件单元
Ø主电源（单相整流电源或者开关电源）
Ø控制器（新华龙单片机，LCD显示屏，薄膜开关按键，数控负载控制器）
Ø功率单元（IPM模块，IRAM06UP60B）
Ø控制电源（开关电源模块AC/DC，DC/DC，给控制部分供电）
ØPWM脉冲隔离（高速光耦）
Ø电流检测单元（线性光电隔离器）
ØTI2000系列主控CPU板（TM320LF2407，TM320F2812，TM320F28335）
ØDSP仿真器（USB接口）
Ø小功率机组（小功率电机+负载+编码器，根据电机不同有所区别）
4、软件资源
为了更好的让客户在我公司的MCKIV马达控制套件这个硬件平台上研究和开发更多更好的电机控制技术，我公司随产品一起销售各种电机的控制软件，提供源代码，但该软件的知识版权属于我公司，具体请参阅公司的技术保密协议。
以下是部分软件模块：
编号
名称
功能
1
Zhtest1.asm
速度电流双闭环电流磁链模型三相异步矢量控制程序，汇编语言编写，适用于2407CPU板
2
aci3_3.c
速度电流双闭环电流磁链模型三相异步矢量控制程序，C语言编写，适用于2812CPU板
3
Zhtest2.asm
速度电流双闭环直流有刷电机控制程序，汇编语言编写，适用于2407CPU板
4
dcmotor.c
速度闭环直流有刷电机程序，C语言，适用于2812CPU
5
Zhtest3.asm
速度电流双闭环永磁同步矢量控制程序，汇编语言编写，适用于2407CPU板
6
pmsm3_4.c
双闭环永磁同步矢量程序，C语言，适用于2812CPU
7
Zhtest4.asm
直流无刷电机控制程序，汇编语言编写，适用于2407CPU
8
bldc3_1.c
直流无刷电机程序，C语言编写，适用于2812CPU
9
Zhtest5.asm
三相步进电机控制程序，汇编语言编写，适用于2407CPU
10
bldc3_2.c
三相步进电机程序，C语言编写，适用于2812CPU
11
Sys_init.ASM
异步电机矢量控制系统初始化程序
12
PARK.ASM
PARK变换程序
13
IPARK.ASM
PARK逆变换程序
14
CLARKE.ASM
CLARKE变换程序
15
SVGEN_DQ.ASM
电压空间矢量计算程序
16
SINTB360.ASM
正弦函数表
17
RAMPGEN.ASM
磁链给定程序
18
PWMGEN.ASM
PWM波形产生程序
19
PID_I.ASM
电流PID程序
20
PID_SPD.ASM
速度PID程序
21
QEP_DRV.ASM
脉冲捕获程序
22
SPEED_FR1.ASM
速度计算程序
23
Ileg2drv.ASM
电流测量计算程序
24
CUR_MOD.ADM
转子磁链位置及速度计算程序
三、实验项目：
MCKIV电机控制套件既能进行脱机演示实验，也能进行仿真实验。
演示实验就是在不连接电脑和仿真器的情况下进行电机运行实验，主要目的是验证控制器和各机组是否正常，五种电机的演示实验程序都已经烧录在DSPCPU中，在该类实验中，三相异步和永磁同步电机的演示程序采用开环控制，直流有刷电机和直流无刷电机演示程序采用单速度闭环控制程序，所以请不要做带载实验。
仿真实验是连接电脑和仿真器进行实验，便于用户进行算法研究，学习和研究电机控制技术。
其中2407CPU仿真控制程序是汇编语言编写，2812CPU和28335CPU仿真控制程序是C语言编写。
以下是2407CPU板、2812CPU板和28335CPU板能进行的仿真实验：
实验一带速度传感器的三相异步电动机FOC控制方案
1.步骤一：
开环启动功率单元测试实验
2.步骤二：
电流和速度测量模块测试实验
3.步骤三：
电流模型磁链计算模块测试实验
4.步骤四：
电流闭环调节器功能测试实验
5.步骤五：
电流速度双闭环系统功能测试实验
实验二直流有刷电动机双闭环PWM控制方案
1.步骤一：
开环启动电流速度测量测试实验
2.步骤二：
电流闭环调节器功能测试实验
3.步骤三：
电流速度双闭环系统功能测试实验
实验三直流无刷电动机PWM控制方案
1.步骤一：
开环启动，寻找最佳换相表测试实验
2.步骤二：
在最佳换相表状况下开环启动并换向测试实验
3.步骤三：
速度闭环系统功能测试实验
实验四永磁同步电动机FOC控制方案
1.步骤一：
开环启动功率单元测试实验
2.步骤二：
电流和速度测量模块测试实验
3.步骤三：
相位初始化测试实验
4.步骤四：
电流闭环调节器功能测试实验
5.步骤五：
电流速度双闭环系统功能测试实验
实验五步进电机DSP控制方案
1.步骤一：
固定步数六拍工作模式实验
2.步骤二：
固定步数十二拍工作模式实验（2407CPU独有）
3.步骤三：
连续两相六拍工作模式实验
4.步骤四：
连续十二拍工作模式实验（2407CPU独有）
四、成套产品配置：
1.三相交流异步电机DSP控制实验开发套件EL-DSPMCKIV-AC（单电机方案）
设备名称
型号
备注
DSPCPU板
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
三相交流异步电机控制器
MCKIV-AC
必配
三相交流异步电机机组
三相异步电机
YS5624G
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
光电编码器（1000线，增量式）
E6B2-CWZ6C
一体化底板
中板450mm
弹性联轴器
ML1-38-1010
ML1-38-1006
其他
电缆、指导书、光盘
附带
三相交流异步电机参数：
接线：
7芯φ16航空插座极对数：
2极对
额定电压：
三相交流220V，角形接法
额定电流/功率/频率：
0.78安/80瓦/50赫兹
额定转速/转矩：
1400转每分（rpm）/0.5牛米
数控负载允许输入电流值：
150毫安（ma）=0.6牛米
图1三相交流异步电机机组图片
2.直流有刷电动机DSP控制实验开发套件EL-DSPMCKIV-DC（单电机方案）
设备名称
型号
备注
DSPCPU板
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
直流有刷电机控制器
MCKIV-DC
必配
直流有刷电机机组
直流有刷电机
90SZ51G
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
光电编码器（1000线，增量式）
E6B2-CWZ6C
一体化底板
中板450mm
弹性联轴器
ML1-38-1009
ML1-38-1006
其他
电缆、指导书、光盘
附带
直流有刷电机参数：
接线：
5芯φ16航空插座
励磁方式/电压/电流：
他励/直流110伏/小于180毫安
额定电压/电流/功率：
直流110伏/1安培/80瓦
额定转速：
1400转每分（rpm）
额定转矩：
0.5牛米（Nm）
数控负载允许输入电流值：
150毫安（ma）=0.6牛米
图2直流有刷电机机组图片
3.直流无刷电动机DSP调速控制套件EL-DSPMCKIV-BLDC（单电机方案）
设备名称
型号
备注
DSPCPU板
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
直流无刷电机控制器
MCKIV-BLDC
必配
直流无刷电机机组
直流无刷电机
57BL-0730N1
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
一体化底板
短板350mm
弹性联轴器
ML1-38-1008
其他
电缆、指导书、光盘
附带
直流无刷电机参数：
接线：
4芯φ16航空插座
额定电压/电流/功率：
直流24伏/4安培/70瓦
额定转矩：
0.23牛米（Nm）
额定转速：
3000转每分（rpm）
极对数：
5极对
数控负载允许输入电流值：
50毫安（ma）=0.2牛米
图3直流无刷电机机组图片
4.永磁同步电动机DSP控制实验开发套件EL-DSPMCKIV-PMSM（单电机方案）
设备名称
型号
备注
DSPCPU板
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
永磁同步电机控制器
MCKIV-PMSM
必配
永磁同步电机机组
永磁同步电机
60CB020C
多摩川2500线，差分式
电机自带内装
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
一体化底板
短板350mm
弹性联轴器
ML1-38-1410
其他
信号电缆、指导书、光盘
附带
面装式永磁同步电机参数：
接线：
7芯φ16航空插座
额定电压：
交流220伏，角形接法
额定电流/功率：
1.27安/200瓦
额定转速/转矩：
3000转每分/0.64牛米
极对数：
4极对转子惯量：
0.17千克平方厘米
机械时间常数：
1.52毫秒电气时间常数：
2.45毫秒
数控负载允许输入电流值：
150毫安（ma）=0.6牛米
图4永磁同步电机机组图片
5.三相步进电动机DSP控制实验开发套件EL-DSPMCKIV-SM（单电机方案）
设备名称
型号
备注
DSPCPU板
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
三相步进电机控制器
MCKIV-SM
必配
三相步进电机
三相步进电机（带指针）
57BYGH350CL
其他
电缆、指导书、光盘
附带
三相步进电机参数：
引线方式：
4芯φ16航空插座
引线定义：
1（U黑）2（V棕）3（W兰）4（悬空）
额定电压：
直流24伏
静态相电流：
6安
保持转矩：
0.9牛米（Nm）
定位转矩：
0.08牛米（Nm）
步距角：
0.6/1.2度
图5三相步进电机图片
6.多电机DSP调速控制套件EL-DSPMCKIV（多电机方案）
设备名称
型号
备注
DSP处理部分
Techv系列CPU板
Techv-2407
三选一或多选
Techv-2812
Techv-28335
DSP仿真器
USB型仿真器
EL-USB-XDS510
控制器
多电机调速控制器
MCKIV
必配
三相交流异步电机机组
三相异步电机
YS5624G
选配
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
光电编码器（1000线，增量式）
E6B2-CWZ6C
一体化底板
中板450mm
弹性联轴器
ML1-38-1010
ML1-38-1006
直流有刷电机机组
直流有刷电机
90SZ51G
选配
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
光电编码器（1000线，增量式）
E6B2-CWZ6C
一体化底板
中板450mm
弹性联轴器
ML1-38-1009
ML1-38-1006
直流无刷电机机组
直流无刷电机
57BL-0730N1
选配
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
一体化底板
短板350mm
弹性联轴器
ML1-38-1008
永磁同步电机机组
永磁同步电机
60CB020C
选配
多摩川2500线，差分式
电机自带内装
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
一体化底板
短板350mm
弹性联轴器
ML1-38-1410
三相步进电机
三相步进电机（带指针）
57BYGH350CL
选配
三相交流异步、直流有刷电机组合机组
三相异步电机
YS5624G
选配
直流有刷电机
90SZ51G
磁粉制动器（500ma，2牛米）
CZ-02
光电编码器（1000线，增量式）
E6B2-CWZ6C
一体化底板
长板650mm
弹性联轴器（两个）
ML1-38-1009
弹性联轴器
ML1-38-1006
其他
电缆、指导书、光盘
附带
说明：
如果三相交流异步电机和直流有刷电机都选择的话建议选择这两者的组合机组，这样可以节省成本。
对于三相交流异步电机机组、直流有刷电机机组、直流无刷电机机组、永磁同步电机机组和三相步进电机，前面已经有图片，下面是三相交流异步电机、直流有刷电机组合机组的图片。
图6三相交流异步、直流有刷电机组合机组图片
五、产品图片
对于不同的电机需要配置不同的机组，每种机组的图片在上面都已经有了，这里不再重复，下图是驱动器的图片，前面提到的MCKIV-AC、MCKIV-DC、MCKIV-BLDC、MCKIV-PMSM、MCKIV-SM以及MCKIV六种控制器外观全部都是一样的，如下图所示。
图7MCKIV驱动器图片
图8是Techv-2407板卡和MCKIV-INF2以及MCKIV-INF3组合在一起的组合板卡图片，他们组合后直接插在控制器的前面板上。
要注意的地方是：
当要做演示实验时，也就是不连接电脑做脱机实验，要将拨码开关S1从右边数第一个开关按下去处于“ON”的位置，其他几个弹起来，当要做仿真实验时，请将拨码开关S1从右边数第一个开关弹起来处于“OFF”的位置。
另外，当连接的机组是三相交流异步电机机组、直流有刷电机机组或者他们的组合机组或者直流无刷电机机组时，光电编码器采用的是1000线的增量式光电编码器或者霍尔信号传感器，此时要将拨动开关JP1拨向左侧标有“LINE1000”的一边。
当连接的是永磁同步电机机组时要将拨动开关JP1拨向右侧标有“LINE2500”的一边。
图8DSPCPU（2407）组合板
图9是Techv-2812板卡和MCKIV-INF2以及MCKIV-INF3组合在一起的组合板卡图片，他们组合后直接插在控制器的前面板上。
要注意的地方是：
要将拨码开关S1从右边数第二个开关按下去处于“ON”的位置，其他几个弹起来。
另外，当连接的机组是三相交流异步电机机组、直流有刷电机机组或者他们的组合机组或者直流无刷电机机组时，光电编码器采用的是1000线的增量式光电编码器或者霍尔信号传感器，此时要将拨动开关JP1拨向左侧标有“LINE1000”的一边。
当连接的是永磁同步电机机组时要将拨动开关JP1拨向右侧标有“LINE2500”的一边。
图9DSPCPU（2812）组合板
图10是Techv-28335板卡和MCKIV-INF2以及MCKIV-INF3组合在一起的组合板卡图片，他们组合后直接插在控制器的前面板上。
当连接的机组是三相交流异步电机机组、直流有刷电机机组或者他们的组合机组或者直流无刷电机机组时，光电编码器采用的是1000线的增量式光电编码器或者霍尔信号传感器，此时要将拨动开关JP1拨向左侧标有“LINE1000”的一边。
当连接的是永磁同步电机机组时要将拨动开关JP1拨向右侧标有“LINE2500”的一边。
图10DSPCPU（28335）组合板
图11是驱动器、DSPCPU组合板以及机组连接的示例图：
图11驱动器、机组以及DSPCPU组合板的连接图片
MCKIV电机控制套件既可以将电机控制程序烧录到DSP的flash中进行脱机演示实验，也可以连接电脑进行仿真实验，上图是进行脱机演示实验时的接线图，此时不需要连接电脑和仿真器，只需将驱动器、机组和DSPCPU组合板进行连接即可，如上图所示，针对不同的电机控制实验，我们只需要更换相应的机组就可以了，具体演示实验请参考《MCKIV演示实验指导书》。
产品出厂时已经把电机控制程序烧录到DSPCPU中了。
如果做仿真实验，只要通过仿真器把DSPCPU的JTAG接口和电脑连接起来就可以了，具体实验过程请参考实验指导书，根据不同的CPU选择不同的实验，CPU板为2407，请参看《MCKIV2407实验指导书》，CPU板为2812，请参看《MCKIV2812实验指导书》，CPU板为28335，请参看《MCKIV28335实验指导书》。
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