基于Matlab和LabVIEW的电机控制系统集成开发

第２３卷第７期　２００６年７月　机　电　工　程　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ｖ０１．２３　Ｎｏ．７　Ｊｕ１．２００６　

基于Ｍａｔｌａｂ和ＬａｂＶＩＥＷ的电机控制系统集成开发　

蒋威，吴建华　（浙江大学电气工程学院，浙江杭州３１００２７）　

摘　要：Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ在电机控制系统开发的仿真阶段得到了广泛应用，但与ＬａｂＶＩＥＷ相比，　Ｍａｔｌａｂ本身的硬件控制性能较差。分析了Ｍａｔｌａｂ和ＬａｂＶＩＥＷ的各自特点，给出了两者在感应电机　

ＳＰＷＭ驱动控制系统开发中的实例。结果证明，有效的互用优势可以加快开发进度。　

关键词：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＬａｂＶＩＥＷ；仿真；电机　中图分类号：ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２００６）０７—０００８－０３　

Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　ＬａｂＶＩＥＷ　ＪＩＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＷＵ　Ｊｉａｎ．ｈｕａ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ＬａｂＶＩＥＷ，Ｍａｔｌａｂ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　ｉｎ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　ＬａｂＶＩＥＷ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ＳＰＷＭ．ｂａｓｅｄ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ，ｉｔ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｍｕｔｕａｌｌｙ　ｍａｋｉｎｇ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　Ｍａｔｌａｂ　ａｎｄ　ＬａｂＶＩＥＷ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｕｌｉｎｋ；ＬａｂＶＩＥＷ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　

Ｏ前言　

电力电子器件的发展推动了交流调速系统中变　流技术和控制策略的发展。基于电力电子器件的　

ＰＷＭ技术在电机驱动控制中得到了广泛应用。由于　电力电子器件结构较复杂，直接对装置进行试验代价　

高而且费时。由于Ｍａｔｌａｂ提供了可视化的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　

仿真环境和仿真电力系统模块库（ｓｉｍＰｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ），　因而在开发前期通常选择Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ作仿真。　

但是Ｍａｔｌａｂ有其自身局限：ＧＵＩ功能易用性较差、　

硬件控制能力较弱等。而对实际驱动控制系统进行　验证需要采集电流、电压等参数，以修改控制策略，　

ＬａｂＶＩＥＷ强大的ＧＵＩ和硬件控制能力能很好地弥　补Ｍａｔｌａｂ的弱点。笔者提出的Ｍａｔｌａｂ与ＬａｂＶＩＥＷ　

集成开发，可大大加快电机控制系统的开发。　

１　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＬａｂＶＩＥＷ简介　

Ｍａｔｌａｂ是ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司推出的一套高性能科　

学计算软件，其中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ基于Ｍａｔｌａｂ的框图设　计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和　

仿真。但是Ｍａｔｌａｂ存在着ＧＵＩ功能易用性较差和　

硬件控制力较弱的缺点。　ＬａｂＶＩＥＷ是美国国家仪器开发的一个业界领　

先的工业标准软件工具，广泛应用于产品设计周期　的各环节。应用ＬａｂＶＩＥＷ可实现从温度监控到复　

杂的仿真和控制系统。　

２　Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＬａｂＶＩＥＷ集成开发　

Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＬａｂＶＩＥＷ集成开发包括建立仿真　

模型、交互平台和电机参数数据采集系统，其具体实　现途径包括：①建立Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下电机控制系统　

仿真模型；②设计基于ＬａｂＶＩＥＷ电机控制系统仿真　模型的交互平台；③通过ＳＩＴ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　Ｍａｎａｇｅｒ（仿　

真接口工具包连接管理器）实现Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型　与ＬａｂＶＩＥＷ交互平台无缝连接。ＬａｂＶＩＥＷ与Ｓｉｍ．　

ｕｌｉｎｋ的交互过程，如图１所示；④开发并验证硬件　

控制系统。基于ＬａｂＶＩＥＷ的数据采集系统实时采　集电机运行时的各类参数，在集成开发系统下分析　

收稿日期￣２００６—０３—２０　作者简介：蒋威（１９８１一），男，浙江宁波人，主要研究方向为电机振动、电机控制与虚拟仪器。

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数据，与仿真结果对比，相应地改变控制策略。　基于Ｍａｔｌａｂ和ＬａｂＶＩＥＷ的集成开发系统，如图　２所示。　

图１　ＬａｂＶＩＥＷ与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ交互过程　

图２基于Ｍａｔｌａｂ和ＬａｂＶＩＥＷ的集成开发系统　

３开发实例　

笔者通过三相感应电机ＳＰＷＭ控制系统的开　

发实例阐述具体的过程。三相感应电机ＳＰＷＭ控　制系统仿真模型，如图３所示。其中，ＮＩ．Ｓｉｎｋ模块　实现从Ｓｉｍｕｌｉｎｋ向ＬａｂＶＩＥＷ交互平台传输电机电　

压、电流等波形。　

＿Ｉ×Ｈ＋　’【ｐ　Ｉ２＊ｐ　『３．【ｏ，－１，ｌ】Ｈ＋　Ｉ—　ＣＩｏｏｋ　Ｍａｔｈ　Ｆｕｎｃｈｏｎ　Ｌｏｏｋ－Ｕｐ　一　厂ｒ、　广—］　Ｔａｂｌｅ　＼－／　

……，广＿＿Ｉ　Ｇｅｎ—ｅｒａｔｏｒ　

Ｊｎｉ　ｓｉｎｋｌ　ｉＳ　ａｂｃ　ＮＩｉｓ　ａｂｅ　．　二

ｌ　Ｌ　对Ｉ　Ｐｈｉ　ｐｈ￣＿ｑｄｍ　Ｎ　ｓ　。　

Ｊｎｉ　ｓｉｎｋｌ卜　Ｗｍ　

图３基于ＳＰＷＭ的三相感应电机控制系统仿真模型　

在ＬａｂＶＩＥＷ下仿真交互平台中，可以根据需要　

设置控制参数和观测波形，如：速度给定，ＰＷＭ发生　模块的载波频率，三相感应电动机的输入电压、定子　电流、转矩、转速和定子磁通等波形窗口。建立基于　

ＰＣＩ数据采集卡的电机电流、电压、振动参数数据采　集系统，在ＬａｂＶＩＥＷ环境下实现仿真交互平台与数　

据采集系统的集成。　本研究中三相感应电机参数：额定容量、工作频　率、额定线电压和额定线电流分别为：２．２　ｋＷ，　

５０　Ｈｚ，３８０　Ｖ和５．３２　Ａ。另外，Ｒ　＝２．７６　ｎ，Ｒｔ２＝　２．２９　ｎ，Ｘｌ＝３，４１　ｎ，Ｘ　２＝５．１２　ｎ，Ｘ　＝６６．１４　ｎ，　

Ｊ＝０．００８　６　ｋｇｍ　。　混合仿真及实际硬件驱动控制下电压、电流等　波形，分别如图４、图５所示。　

＞　宙　

《　

《　Ｔ／ｓ　（ａ）　

０．０　

．６００．０　７１／ｓ　００．２００　

（ｂ）　基于ＳＰＷＭ驱动的混合仿真结果　

０．０　０．１　

１５．０　１０・０　

ｏ．ｏ　

－１０．０　一ｌ５．Ｏ　

量　Ｎ　

ｇ　一　稍　

斟　０．０　

１．０Ｅ＋ｏ　８．０Ｅ．１　６．０Ｅ．１　４　０Ｅ．１　２．０Ｅ．１　０．０Ｅ＋ｏ　（ｂ）　０．１　Ｔ／ｓ　

－．　ＬＬ●　Ｉｌ　．．　』　ＪＪ１　Ｊ　山　

０．０　５００．０　ｌ　０ｋ　１．５ｋ　２．０ｋ　２．５ｋ　３．０ｋ　３．５ｋ　４．Ｏｋ　ｆ／Ｈｚ　（ｃ）　图ｓ基于ＳＰＷＭ驱动系统实际结果　（下转第２９页）

　维普资讯 http://www.cqvip.com 第７期　尤婷，等：基于ＤＳＰ的光栅传感器信号同步采集与细分处理　・２９・　

表２区域基数判定　

４　系统软件　

系统软件主要由主程序、中断服务程序及初　始化程序组成。主程序主要作用为调用初始化程　序，循环等待ＲＢ４和ＲＢ５产生中断信号。初始化　

程序完成ＤＳＰ系统和ＭＡＸ１　１５的设置工作，中断　服务程序完成细分处理和数据传输工作，其程序　

框图，如图４所示。　

５结束语　

经实验测试，以上程序执行时间小于２　ｍｓ，完　

全可以满足光栅传感器在５００　Ｈｚ工作频率以下的　光栅信号同步高速采集、细分与数据传输。此外，这　

种细分方法，在理论上还可以做到１　０００细分，而不　提高成本，不影响跟踪速度，且由ＤＳＰ构成的系统　

也极易扩展多种功能。　根据ｓｉｎ和　ＣＯＳ的符号　绝对值之　差判定基　数值　ｌ≥ｌ∞　否　

图４中断服务程序流程框图　

参考文献：　［１］　李培江．ＤＳＰ细分技术在光栅检波器中的应用［Ｄ］．天　

津：天津科技大学硕士论文，２００４．　［２］　戴明桢，周建江．ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ　ＤＳＰ结构、原理及应用　［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．　［３］　Ｍａｘｉｍ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｚ］．ＭＡＸ１　１５．Ｍａｎｕａｌ，２００２．　［４］　李树秋，郑万波，单片机１６０细分的原理和实现［Ｊ］．　仪器仪表学报，２００５，２６（８）：５６５—５６７．　［５］　金喜平，李书平．高速高精度光栅数显装置的研究与　设计［Ｊ］．沈阳工业大学学报，１９９８，１６（２）：ｌ８—２４．　［６］　李俭川．单片机在多通道同步数据采集系统中的应用　［Ｊ］，微型机与应用，２０００，（１）：１９—２０．　［编辑：李辉］　

（上接第９页）　

４结束语　

本研究所提出的基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＬａｂＶＩＥＷ的　

集成开发，实现了ＬａｂＶＩＥＷ平台下计算机辅助开发　

技术在电机控制系统开发领域从仿真到实际系统测　

试的应用。ＳＰＷＭ驱动控制系统开发实践验证了集　

成开发的优势。　

参考文献：　［１］ＬａｂＶＩＥＷ　７．１　Ｕｓｅｒ　Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　［２］　

［３］　

［４］　

［５］　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００３．　ＬａｂＶＩＥＷ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｔｏｏｌｋｉｔ　Ｕｓｅｒ　Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．　

Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２００３．　薛定宇，陈阳泉．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真技术　与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２．　李荣高，宁玉泉．ＳＰＷＭ交流调速的ＭＡＴＬＡＢ仿真　

［Ｊ］．中小型电机，２００１，２８（３）：４１—４３．　张烈平，牛秦洲．Ｍａｔｌａｂ和ＬａｂＶＩＥＷ混合编程在控制　

系统仿真中的应用［Ｊ］．桂林工学院学报，２００５，２５　（１）：８２—８４．　

［编辑：罗向阳］

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