[01180508]电力电子及电气传动实时在环半实物仿真控制系统研究

1、项目背景与意义： 电力电子及电气传动技术是电力电子器件对电能进行控制和转换的学科,是电力、电子、控制三大电力工程技术领域之间的交叉学科,无论在行业企业还是高等学校,电力电子及电气传动技术都占据重要地位。 2012年,项目负责人在承担国家自然科学基金研究时,为了便于先进控制算法研究及高效率试验,花了很大精力试图寻求一套能作为科研平台的交流伺服及电力电子硬件在环实时控制系统,但是未果。经过调研发现,解决该问题有两种办法：一是采购类似dSPACE的硬件平台,然后另行研发伺服系统,该方案成本高,且需要单独开发控制对象;第二种是采用DSP作为控制器,直接编写代码进行算法研究及试验,但是该方案用于算法研究效率太低。 在上述背景下,研究并开发一套低成本且结构开放、便于二次开发的、代码自动生成、高效进行算法研究与试验的电力电子及电气传动实时在环控制系统具有重要的意义。本项目在国家自然基金资助下,于2012年1月至2014年12月,历时3年成功研发出一整套电力电子及电气传动实时在环控制系统。该系统对工程技术人员、高校科研人员、高校人才培养等都具有重要的作用和意义。 2、主要内容 本项目研制的电力电子及电气传动实时在环控制系统,包括：基于FPGA的数据采集与实时控制模块、电力电子数字化硬件在环模块、电气传动数字化硬件在环模块、运行在计算机上的实时控制及代码生成软件。该系统既可以作为工程技术人员、高校科研人员和研究生的科研平台,也可用于高校电气自动化类专业的课程实验和创新能力培养平台。 3、创新点和水平 （1）整个系统实现了电力电子及电气传动的数字化硬件在环实时控制,且完全开放、可以二次开发,目前国内还未见同类产品或系统; （2）所研制的基于FPGA的代码生成和实时数据采集系统,实现了10KHZ的闭环控制频率,完全可以作为企业级研发平台或高校教师的科研平台,亦可作为高校电力电子和电气传动的创新实验平台; 所有控制过程采用数字化、实时控制;电气传动可以实现永磁同步电机、异步电机、BLDC电机、磁阻电机的先进控制,电机功率高达10KW。 （3）该系统以计算机为操作平台,结合代码生成与实时数据采集、数字化触发、图形化显示等技术,将复杂的电力电子与电气传动实验内容数字化、可视化。该设备用于企业可以提高产品研发效率;用于高校可以提高学生的综合实践能力,提高人才培养质量; （4）本系统完全与Matlab/Simulink兼容,所有控制算法直接在Matlab/Simulink软件环境下编写,可以方便地调用Matlab/Simulink中的函数。过程参数可以实时显示出来,便于保存、分析、比较;算法验证时,参数可以实时在线更改,节约时间,为参数寻优、各种算法的性能比较提供了方便; （5）模块化设计。通过模块化设计与组合,可以实现新的研究和实验对象课题;通过模块化设备的组合方式转变,开出多个实验和研究项目。 （6）基于本平台取得系列成果,授权发明专利7项,授权实用新型专利15项,授权软件著作权1项;另有7项发明专利、4项实用新型专利处于公开状态,授权前景看好;该项目研究过程中发表SCI、EI论文10篇。