一种直流电机调速仿真与实验一体化装置及方法

摘要

一种直流电机调速仿真与实验一体化装置及方法，该装置包括上位机单元、控制单元和直流电机单元；上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信；直流电机将实时转速值传送给控制单元，控制单元根据直流电机转速设定值与采集到的直流电机实时转速值的偏差值计算出控制量对直流电机单元进行转速控制。本发明采用USB通讯技术可以将高速采集的数据实时、连续地通信到上位机中，在6M/s的采样速率下，可以实现采样数据与上位机的连续、无丢失实时通信。本发明的方法，利用直流电机调速系统建模与控制算法的仿真研究，仿真结果满足要求后，将控制算法直接传送至控制器内在直流电机调速仿真与实验一体化装置上进行实验，极大地方便了控制算法的研究工作。

主权项

一种直流电机调速仿真与实验一体化方法，采用直流电机调速仿真与实验一体化装置实现，该装置包括：上位机单元、控制单元和直流电机单元；所述控制单元包括：通讯模块、控制器、数模转换模块和模数转换模块；通讯模块与控制器连接，控制器与数模转换模块连接，数模转换模块的输出端连接直流电机单元的输入端，控制器与模数转换模块连接，模数转换模块的输入端作为控制单元的输入端连接直流电机单元的输出端；所述通讯模块采用USB通讯模块；所述直流电机单元包括：驱动模块、直流电机、测速发电机和负载；驱动模块的输入端作为直流电机单元的输入端连接数模转换模块的输出端，驱动模块的输出端连接直流电机的输入端，直流电机的输出端连接测速发电机的输入端，测速发电机的输出端作为直流电机单元的输出端连接模数转换模块的输入端，负载连接到电机上；所述上位机单元与控制单元通过USB通讯模块进行双向通信；其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在上位机单元中进行直流电机调速仿真；步骤1‑1：调节并产生控制量并建立不同控制量下直流电机转速与时间关系曲线；步骤1‑2：通过该直流电机转速与时间关系曲线判断直流电机稳态时的转速是否在直流电机转速设定值偏差允许范围内，是，则执行步骤2，否，则执行步骤1‑1；步骤2：进行直流电机调速实验；步骤2‑1：上位机单元设定直流电机转速设定值、采样周期设定值和直流电机的启停信号值；步骤2‑2:USB通讯模块接收直流电机转速设定值、采样周期设定值和直流电机的启停信号值并传送给控制器；步骤2‑3：控制器根据直流电机启停信号判断是否启动直流电机，是，则根据采样周期设定值对时钟信号进行倍频后得到倍频时钟信号，执行步骤2‑4，否，则等待接收下一次直流电机的启停信号；步骤2‑4：控制器根据采样周期设定值对时钟信号进行分频后得到分频时钟信号；步骤2‑5：控制器根据分频时钟信号接收直流电机的实时转速值，直流电机的实时转速值经USB通讯模块传送给上位机单元，生成此时刻的直流电机转速时间曲线图；步骤2‑6：控制器计算出直流电机转速设定值与直流电机的实时转速值的偏差值，据该偏差值计算并产生出调节直流电机转速的控制量；步骤2‑7:调节直流电机转速的控制量经数模转换模块转换为控制驱动模块的模拟电压并传送给驱动模块；步骤2‑8：驱动模块根据从数模转换模块接收得到的模拟电压，将交流电压转换成直流电机所需的直流电压；步骤2‑9：直流电机从驱动模块得到其所需的直流电压，直流电机开始与测速发电机同步转动；步骤2‑10：测速发电机将其转速信号转换成模拟电压信号并传送给模数转换模块；步骤2‑11：模数转换模块将从测速发电机接收到的模拟电压信号转换成数字量并传送给控制器；步骤2‑12：控制器根据分频时钟信号接收模数转换模块传送来的数字量，即直流电机的实时转速值；步骤2‑13：USB通讯模块将控制器接收的数字量传送给上位机单元生成此时刻的直流电机转速与时间关系曲线；步骤2‑14：根据直流电机转速设定值偏差范围和直流电机转速时间曲线图，判断直流电机稳态时的转速是否在直流电机转速设定值偏差允许范围内，是，则实验结束，否，则执行步骤1。