电机控制试验平台的设计

基金项目:湖南省自然科学基金杰出青年项目资助,项目编号:01jzy2102收稿日期)6)作者简介宫唤春()),男,天津人,硕士,研究方向为电动汽车控制技术与试验分析。

电动汽车动力测试平台设计及试验分析宫唤春,徐胜云,徐海磊(北京化工大学北方学院,河北燕郊065201)摘要:根据电动汽车运行的特点,分析了电动汽车动力测试平台的性能要求,构建了基于变频控制交流电力测功机的电动汽车动力测试平台。

在该测试平台上对国内外多台电动汽车驱动电机的动力特性进行了测试,对多组电动汽车用动力锂离子电池组进行了放电测试。

试验结果表明,该试验平台具有较高的测试准确性。

关键词:动力测试;电机;锂离子动力电池组;放电特性中图分类号:U476.3文献标识码:BAna l ysis on electr ic veh icle dyna m ic character istics m ea sure p la tform design and exp er im en tG O NG H uan -chun,XU Sheng -yun ,XU H a i-lei(N o rth C o llege o f B eiji ng Un i v ersit y Che m ical and Technolo gy ,H eb ei Y anjiao 065201Ch in a )Ab stract :Acc ord i ng to t he characteristics of el ectri c ve -h icle op erati on ,t h i s paper analyzes the perf or mance re -qu ire m ents of el ectric veh icle dyna m ic test p l atf or m,struct u res electri c veh icl e dyna m i c test p latf or m based on the co mmun icat i onfr equency electric dyna m o m eter .Through t h i s test p latf or m m ak i ng the dyna m i c character -i st i cs test of do mestic and f orei gn many el ectric cars d ri v -i ng motor and d isc har ge test of several groups of electric veh icles dyna m ic lith i um -ion batteries.The exp erm i en tresu lts sho w that the experm i ent p latf or m has h i gher test accuracy .K ey word s :dyna m ic tes;t motor ;dyna m ic lith i um -i on batteries ;d isc har ge c haracteristi cs引言电动汽车动力性能优化的关键是设计适合的动力驱动系统,即实现动力电池组、电机和电机控制器的优化匹配[1]。

1.5MW双馈式风力发电机组全功率试验平台方案1、建立全功率试验平台的目的和意义双馈式风力发电机组全功率试验平台是指在地面上建立针对双馈式风力发电机组进行各种型式试验的功率试验平台，该试验平台要求能够达到风力发电机组的1.5MW额定功率输出。

在该试验平台上可以对风力发电机组的齿轮箱、发电机、变流器、控制系统等部件进行全面的试验，检验各部件是否能够达到标准和规范的要求，避免部件质量缺陷；针对风力发电机组初期样机进行设计技术和控制算法验证，促进技术的消化吸收，避免设计缺陷；作为开发平台进行新机型开发或新部件研发替代的性能测试试验；作为系统调试的平台，可以进行调试以及调试运行人员的培训平台；还可以进行后期批量生产时的抽检试验。

由于风力发电机组应用环境的恶劣程度以及对机组20年长寿命、高可靠性和安全性的特殊要求，风力发电机组的重要部件如齿轮箱、发电机等的制造技术成为了风力发电机组的难点。

同时融合了现代电力电子技术和现代控制理论的风力发电机组变速和变桨距控制也成为风力发电的关键技术和难点。

由于国内风力发电行业起步较晚，技术水平相对国外比较落后。

目前国内只掌握MW级以下失速型风力发电机组的设计和制造技术，MW级以上变速恒频的双馈式和直驱式机型均引进国外的设计或生产许可证。

这成为了国内风力发电行业发展的技术瓶颈。

目前我国风电的变速恒频技术相关研究成果只经过了实验室阶段，没有经过规模化的应用实践经验，而作为大型风力发电机组只有进行工程化试验，得出较为确切的结论和数据，才能应用于大规模产业化生产。

这样就可以尽可能避免出现国内外一些风电制造厂家由于某些部件或设计技术的缺陷而造成了重大的损失，同时也可以减少现场调试的时间和工作量。

建设全功率的风力发电机组传动和控制技术试验平台，提高风电机组关键零部件的测试能力，掌握风电机组的关键测试技术，是保证产品质量的基础；通过试验平台上得到的数据，为优化提高该风电机组的性能将起到重要作用，对以后进行新机型或新部件产品的开发和替代提供必要的试验环境和手段，因此建立一套完善的变速恒频风力发电机组试验平台成为当务之急。

电机试验台架设计方案本文档旨在介绍电机试验台架设计方案的目的和重要性。

电机试验台架是一种用于测试电机性能的设备。

在电机制造和研发过程中，通过对电机进行测试，可以评估其性能、效率和可靠性，为电机优化和改进提供参考依据。

而电机试验台架就是为了满足这一需求而设计的。

电机试验台架设计方案的重要性在于其对电机制造和研发过程起到关键的支持作用。

通过合理的设计，可以确保电机在实验过程中能够稳定运行、准确测试，并保证测试结果的可靠性和精确度。

同时，设计方案还需要考虑电机试验台架的安全性，确保操作人员的安全。

本文档将详细介绍电机试验台架设计方案的要点和考虑因素，包括台架结构设计、传感器选择、数据采集和分析等方面，以指导电机试验台架的设计和建造。

该设计方案将采用简单而有效的策略，避免涉及复杂的法律问题，以保证可行性和实施性。

本文档详细说明了电机试验台架设计方案需要满足的技术和性能要求。

以下是具体要求：电机试验台架应具备稳定性和可靠性，确保安全操作。

设计应考虑电机试验的各种参数和特性，包括功率、转速、负载能力等。

试验台架需要具备适当的控制系统，能够精确控制电机的运行状态和各种操作模式。

试验台架的性能要满足国家和行业标准，确保测试结果的准确性和可比性。

设计应充分考虑试验台架的可维护性和可升级性，以方便后期维护和更新。

考虑到试验所需的环境条件，设计应具备良好的抗干扰能力和防护措施。

以上是电机试验台架设计方案所需要满足的技术和性能要求，设计团队应根据这些要求制定详细的设计方案。

本文档描述了电机试验台架的结构设计方案。

该方案包括支架、螺杆、夹具等部分的设计。

支架是电机试验台架的主要承重结构，设计目标是保证稳定和安全。

以下是支架设计的要点：选择适当的材料，如钢材，以提供足够的强度和刚度。

根据电机尺寸和重量计算支架的尺寸和形状。

考虑机械结构的平衡和稳定性，确保支架能够承受试验过程中的动态载荷。

螺杆是用于调整电机试验台架高度的关键部件。

NMCL-II型现代电机电力电子及电气传动教学实验平台是根据《电机学》、《电力拖动》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》、《自动控制理论》、《计算机控制技术》等课程研制而成的，可根据课程内容的实际需要灵活选用组件完成相关实验。

该实验平台充分考虑了学生的操作习惯，并结合教材的典型线路，使得学生在学习理论知识后，能够迅速地在实验台上完成实验，加深对理论的理解。

产品特点：实验项目齐全，综合性强，并且充分反映了《电机学》、《电力拖动》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》、《自动控制理论》、《计算机控制技术》等课程的最新发展趋势，紧密追踪工业发展方向。

实验装置具有良好的兼容性和可扩展性。

实验台采用平台式设计，即实验中所要用到的各类仪表和电源基本上采用固定式，实验项目采用组件式，可以根据用户的需求进行选配，并且日后可方便扩展。

实验设备具备完善的人身安全体系。

具有电流型漏电保护器、隔离变压器、电压型漏电保护器等多重人身安全措施，采用全封闭新型手枪式导线，可以完全杜绝学生触摸到金属部分。

各测量仪表、电源均有过量程和短路保护。

特别是电力电子技术及其相关实验，除了在线路中设计有各种保护电路外，还采用了高低压两种导线，两种导线采用不同形式不同线径，不能互插，有效地避免了高压串入低压线路可能造成控制电路的损坏。

产品使用的实验电机均为小型电机，经过特殊设计，其参数和特性可模拟中小型电机。

同时可节约实验用房，减少基建投资，实验时噪声小，改善实验环境。

新技术、新器件得到了大量的采用。

高性能变频调速系统采用数字信号处理器（DSP）作为核心控制器，采用高分辨率的光电编码器作为转速反馈元件，采用LEM传感器作为电流检测元件，可完成SPWM、空间矢量、磁场定向、直接转矩与等变频调速实验。

实验台中所用到的元器件均采用国内名优、军工企业、外资企业、合资企业的产品，产品性能可靠。

永磁同步电动机互馈对拖测试平台的研究张永鑫，杨喜军，姜建国上海交通大学电气工程系，上海，200240摘要：鉴于变频伺服驱动器、永磁同步电动机（PMSM）的性能需要长时间的运行验证，为此需要设计高效节能的变频器-电动机测试平台。

本文设计了一种伺服驱动器-PMSM互馈对拖测试平台，在简述矢量控制原理基础上，建立了该测试平台机械轴模型，并采用Simulink对整个测试平台进行了仿真分析。

在实际建立的伺服驱动器-PMSM互馈对拖测试平台上对伺服驱动器、永磁同步电动机进行了实际运行测试，表明该测试平台运行效率较高，优于其他现有测试平台。

此外，给出了共用交流母线与共用直流母线的两种互馈对拖测试平台的损耗与效率分析，提出了能效比的概念，能够有效地表征测试平台的节能效果。

关键字：永磁同步电动机，互馈对拖平台，机械轴模型，效率，能效比Research on Mutual-Feeding Mutual-Driving Test-Bed for Permanent MagneticSynchronous MotorsZhang Yong-xin, YANG Xi-jun, Jiang Jian-guoDept. of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240Abstract：Considering the fact that the performance of servo drives and PMSM needs to be verified for a long time, it's necessary to design a high-performance converter-motor test bed. In this paper, a mutual-feeding mutual-driving test-bed for servo-PMSM is designed. Based on the brief description of vector control, the mechanical shaft model of the test bed is built and the whole test bed is analyzed by using of Simulink. The servo drive and PMSM are actually operated and tested on the servo-PMSM mutual-feeding mutual-driving test-bed. The results show that the test bed operates in a very high efficiency and is better than other existing test beds. In addition, this paper gives the loss and efficiency analysis of two kinds of test bed for common AC bus and common DC bus, and puts forward a concept of energy efficiency ratio, which can effectively characterize the energy-saving effect of the test bed.Key words:PMSM, mutual-feeding mutual-driving test-bed, mechanical shaft modeling，efficiency, EER1．引言随着交流电动机高性能变频调速技术以及永磁同步电动机（PMSM）设计制造技术的不断进步，以矢量控制技术为核心的PMSM工业伺服驱动器得到了飞速发展，市场前景良好，带来了很好的社会效益和经济效益。

测功机电机试验平台的参数及配置概述测功机电机试验平台是一种专门用于电机性能检测和分析的实验设备，通过该设备可以对电机的性能进行全面的测试和分析，包括电机功率、效率、扭矩、转速、电流等参数，对于电机的研发、生产和维修具有重要意义。

本文将介绍测功机电机试验平台的参数及配置，帮助用户更好地了解该设备的性能和使用。

参数测功机参数•最大测功功率：200 kW•最大扭矩：5000 Nm•最大转速：15000 r/min•工作电压：380V•工作电流：200A•精度等级：0.5级电机参数•额定功率：200kW•额定转速：1500r/min•额定电流：360A•额定电压：380V•效率等级：IE3•机座号：355配置工作原理测功机电机试验平台主要由测功机和电机两个部分组成，其中测功机用于测量电机功率、效率等参数，电机则负责提供动力源。

在测试时，电机需要连接到测功机，通过测功机对其进行控制和测量。

配置要素•电机部分：主要包括电机机架、电机轴承、电机定子、转子及电机电缆等组成部分。

•测功机部分：主要包括测功仪、控制器和数据采集卡等组成部分。

•软件系统：主要包括控制软件和测试专用软件两个部分。

控制软件负责控制电机和测功仪的工作，测试软件则用于测试数据采集和结果分析。

选型建议在选用测功机电机试验平台时，需要根据测试对象的规格和性能要求进行选择。

一般来说，需要考虑以下几个方面：•测试对象的额定功率、额定电流、额定转速等参数。

•测功机电机试验平台的最大功率、扭矩、转速等参数。

•测功机电机试验平台的精度等级、可靠性和稳定性。

•测功机电机试验平台的使用成本和维护难度等因素。

结论测功机电机试验平台作为电机性能测试的专用设备，具有测量和分析电机性能的重要作用。

用户在选用该设备时需要根据实际需求进行选择，同时需要注意设备的精度和可靠性等因素。

希望通过本文的介绍能够帮助用户更好地了解测功机电机试验平台的参数及配置，为电机性能检测和分析提供参考。

CANopen协议在电机系统控制中的应用陈小娟;王良顺【摘要】对CAN高层协议CANopen进行了阐述,结合实际的电机系统试验台,构建了CANopen主从站节点,对它的功能与设置进行了研究,实现了基于CANopen 协议的电机系统实时控制.试验结果表明,该方案适用于多数工业自动化应用场合.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2014(026)005【总页数】4页(P72-75)【关键词】CANopen协议;现场总线;电机控制【作者】陈小娟;王良顺【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一三研究所,河南郑州 450015;中国船舶重工集团公司第七一三研究所,河南郑州 450015【正文语种】中文【中图分类】TP27现场总线在控制系统中的应用使各领域的综合自动化控制技术飞速发展,成为控制领域的一个新热点.而CAN总线是现场总线领域中一种很有前途的通讯技术,因其具有可靠性高、抗干扰性强、开发简单、造价低廉及其短帧传输和无破坏仲裁技术等优点而应用极为广泛.但CAN本身并非一个完整的协议,只包括物理层和数据链路层两个底层协议,要进行高效率的通讯还需要进一步开发高层协议[1].1 CANopen协议剖析CANopen协议详细规定了通讯模式、网络管理、相关参数的设定和不同领域应用的典型模式等内容[2],其示意图见图1.CANopen协议中对象字典是核心概念,其他的各种通讯模式和相关网络管理都通过访问对象字典来实现.下面分析说明CANopen协议中的几个重要的概念[3-6]. 图1 CANopen协议应用示意图Fig.1 Schematic diagram of the application of the CANopen protocol1.1 对象字典对象字典是CANopen协议中最重要的概念.通过访问可以得知各节点的状态,确定网络的通讯模式,选择相应的网络管理,与输入输出端口相接,存储具体应用中的输入输出数据.对象字典是网络中所有相关参数和变量的有序组合,通过16-bit的索引和8-bit的子索引寻址.CANopen网络中通过SDO(Service Data Obiect,SDO)通讯对对象字典进行读写访问.进行读访问系统操作采用默认模式；进行写访问则根据用户的需求改变相应的操作模式.对象字典中对不同的参数规定不同的访问方式:只读方式(RO)、只写方式(WO)、读写方式(WR)、必选/可选方式(M/O).1.2 通讯模式考虑到自动化系统中数据流量的不同需要,CANopen定义了四种通讯模式. (1)服务型数据通讯(SDO) 用于传输节点参数和与结构有关的组态数据,访问对象字典.SDO通讯用于对象字典的读写访问,以实现对节点参数的设置、下载程序、定义PDO(Process Data Obiect,PDO)通讯的类型和数据的格式等,优先级较低.SDO通讯协议需建立起两个节点间点对点的通讯,允许传送任意长度的数据,可以多于8个字节.(2)过程数据通讯(PDO) 用于传输正常网络操作中的实时数据.PDO用于实时数据传输,优先级较高,数据的长度不得多于8个字节.PDO通讯可以由任意节点发送数据,由任意数目的其他节点接收.PDO的相关参数可以选择对象字典中的默认值,也可以由SDO通讯动态配置.PDO通讯的模式如下：① 同步通讯模式；② 查询模式；③ 事件驱动模式.(3)网络管理(NMT) 用于网络中主节点对从节点监控和管理.NMT(Network ManagementTool,NMT)用于管理和监控网络中的各个节点.网络中确定一个节点为NMT主站(即网络管理员),主站作为主站时不和其他节点一起参与仲裁,只具有管理功能,不执行管理功能时主站也可以运行应用程序,参与SDO和PDO 通讯.NMT可以进行以下几种网络管理：① 状态管理；② 节点保护；③ 分配特定标识符(DBT服务)；④ 禁止时间服务.状态管理控制CANopen节点的初始化、预操作和操作状态的转换[7].如图2所示. 图2 节点的操作状态及相互转换Fig.2 Operation and mutual conversion of nodes各个状态可以在主站的控制下进行转换.初始化状态中不允许传输数据,预操作状态中,通过SDO通讯可进行系统的参数设置,不允许PDO通讯.操作状态是正常的工作状态,允许进行PDO和SDO通讯.(4)预定义数据对象定义了三个用于同步、应急指示和时间标记的特定对象.用于配合以上三种通讯.2 CANopen通讯的设计与实现本研究采用CANopen协议实现了两电机系统的协调控制,试验平台系统结构如图3所示.图3 电机系统结构Fig.3 Structural diagram of the motor system两电机的驱动器与主控计算机之间的通讯采用CAN接口.系统运行时,上位机对各电机驱动器发送控制指令,同时采集必要的电机运行参数.为保证数据传输的可靠性和控制的实时性,同时确保系统间通讯的简便以及符合今后应用要求,系统实现上采用CANopen通讯协议.2.1 通讯参数设计系统中2台电机驱动器作为CANopen网络内的不同节点与上位机进行实时通讯.电机控制指令的传输与运行数据的读取均以PDO方式完成,上位机作为主站给各个电机驱动器从站发送速度指令,同时各个驱动器从站将电机的实际速度和负载位置回送上位机进行实时控制并保存数据.试验台电机的指令和响应数据均选取4字节32位字长,每台电机节点在每个采样点上控制所需数据量小于24字节,因此,对于2节点的控制总数据传输量每周期小于48字节.考虑到试验台不作太长距离的数据传输,在选择CAN通讯最大250 Kbps 波特率的条件下,可得到电机控制最小的采样周期为考虑到系统程序中其他功能的时间消耗,对平台系统的两节点控制采用10 ms的采样周期,充分满足了试验台的控制要求.2.2 通讯程序设计电机控制的通讯程序设计流程,首先进行主站CANopen接口配置,选择波特率,完成CANopen板卡的初始化,将2台电机驱动器添加为网络的节点.其后,通过SDO报文读/写对象字典的方式对从站设备进行参数修改,检验主从站设备是否运行正常.接收到NMT报文后,系统进入操作状态,开始实时控制,主从站采用PDO报文的同步周期方式,实现指令和运行信息的双向读取.驱动器通讯参数配置见表1.表1 驱动器通讯参数配置Table 1 Communication parameters of the driver报文类型COB-ID作用NMT0X000接收主节点发送的状态转换报文TPDO30X383接收方位力矩电机反馈的目标位置RPDO40X503发送速度指令到方位力矩电机TSDO0X603发送主节点需要的对象字典信息RSDO0X583执行主节点对对象字典的相应操作流程编程实现的系统CANopen总线调试如图4所示,利用CAN分析工具得到的监测报文如图5所示[8,9].图4 CANopen主站程序流程Fig.4 Flow chart of the CANopen master program图5 监测报文内容Fig.5 Contents of monitoring messages报文分析结果显示,主从站互连后,CAN报文消息流应答无误,通讯成功.3 结语CANopen协议以其免费公开、透明简单和程序开发容易的特点在工业自动化领域应用广泛,成为目前欧洲最流行的CAN高层协议之一.研究在介绍该协议的基础上,提供了基于CANopen协议的电机控制系统的设计和实现方案,通过具体试验验证了CANopen协议在电机控制上的可行性.该实现方案也用于工业自动化中其他多节点的随动或过程控制系统.【相关文献】[1] 邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996.[2] BOTERENBROOD H.CANopen High-level Protocol for CAN-bus[M].NIKHFF Internal Documentation,2000.[3]史久根,张培仁,陈真勇,等.CAN现场总线系统设计技术[M].北京:国防工业出版社,2004.[4] 马新彪.基于SJA1000智能CAN节点的设计与实现[J].甘肃科学学报,2007,19(2):102-106.[5] 王宜怀,刘晓升.嵌入式应用技术基础教程[M].北京:清华大学出版社,2005.[6] 饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[7] 任玮蒙,陶维青.基于CAN总线的高层协议CANopen[J].自动化技术与应用,2007,26(4):128-130.[8] 郇极,杨斌,魏继光.一种开放式的现场总线协议CANopen[J].制造业自动化,2002,24(10):33-34.[9] 何光宇,胡正.针对工业控制的CANopen系统[J].微计算机信息,2003,12(4):5-6.。