專利名稱：基于vme總線的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于VME總 線的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)。
二背景技術(shù)：
大功率交流傳動(dòng)領(lǐng)域，交交變頻調(diào)速技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的交流調(diào)速方案。交 交變頻調(diào)速技術(shù)復(fù)雜，裝備容量大，涉及電力電子、自動(dòng)控制和電機(jī)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，該技 術(shù)被少數(shù)國外大公司壟斷。我國現(xiàn)有的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)大部分采用國外電 控系統(tǒng)，其中較典型的是西門子公司的Simadyn D實(shí)時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)。Simadyn D實(shí)時(shí)數(shù)字 控制系統(tǒng)采用的是西門子公司特有的數(shù)據(jù)通訊總線，控制系統(tǒng)中的控制板基于此數(shù)據(jù)總線 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)充，但同時(shí)也存在不足之處，即總線接口協(xié)議不具有 開放性和通用性，這限制了用戶對(duì)系統(tǒng)的二次開發(fā)。
三
實(shí)用新型內(nèi)容1、實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)通用性不好，開放性差等缺 陷，提供一種滿足多任務(wù)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)需求的基于VME總線的同步電機(jī)交交變頻矢量控制 系統(tǒng)。2、技術(shù)方案為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，基于VME總線的同步電機(jī)交交變頻矢 量控制系統(tǒng)包括三相交流電源、三相交交變頻器、同步電機(jī)、檢測系統(tǒng)和VMIC控制系統(tǒng)。其 中，三相交流電源與三相交交變頻器相連，為三相交交變頻器提供頻率固定的電源；三相交 交變頻器與同步電機(jī)相連，為同步電機(jī)提供頻率可變的電源；檢測系統(tǒng)與同步電機(jī)相連，檢 測同步電機(jī)電壓信號(hào)、電流信號(hào)、速度信號(hào)和位置信號(hào)，并將檢測信號(hào)傳給VMIC控制系統(tǒng)； VMIC控制系統(tǒng)與三相交交變頻器相連，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)三相交交變頻器。所述檢測系統(tǒng)包括電壓檢測、電流檢測、電動(dòng)機(jī)速度和位置檢測。電壓檢測與電流 檢測通過LEM傳感器實(shí)現(xiàn)，LEM傳感器輸出的模擬量經(jīng)過模擬信號(hào)接口板的A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)?數(shù)字量傳輸給DSP控制系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)的速度檢測通過增量式碼盤實(shí)現(xiàn)，位置檢測通過絕對(duì) 值碼盤實(shí)現(xiàn)，通過碼盤信號(hào)接口板把速度和位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳輸給電流環(huán)控制板。所述VMIC控制系統(tǒng)包括CPU板、反射內(nèi)存通訊接口板、模擬信號(hào)接口板、數(shù)字信號(hào) 接口板、碼盤信號(hào)接口板、Profibus通訊接口板、電流環(huán)控制板。上述接口板都插在VME總 線機(jī)箱背板上，通過VME總線實(shí)現(xiàn)各接口板之間的通訊。所述CPU板主要完成矢量控制算法、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和人機(jī)界面設(shè) 計(jì)等功能。所述反射內(nèi)存通訊接口板可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程通訊和實(shí)時(shí)控制。所述模擬信號(hào)接口板將模擬調(diào)試給定信號(hào)、電壓及電流傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)，可以將關(guān)鍵變量由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并輸出，便于進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào) 試與監(jiān)控。[0010]所述數(shù)字信號(hào)接口板采集現(xiàn)場底層設(shè)備的數(shù)字信號(hào)、開關(guān)狀態(tài)信息，并傳遞給CPU 主板，同時(shí)通過數(shù)字信號(hào)輸出，將控制系統(tǒng)的狀態(tài)和控制命令傳給子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與子設(shè)備的 信息交換與監(jiān)控。所述碼盤信號(hào)接口板接收增量式碼盤和絕對(duì)值式碼盤信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字 量傳輸給電流環(huán)控制板。所述ftOfibus通訊接口板用于帶有ftOfibus接口的底層設(shè)備之間的通訊，該接 口板采集故障信號(hào)、反饋信號(hào)和輸出命令信號(hào)。所述電流環(huán)控制板包括DSP控制系統(tǒng)、FPGA控制系統(tǒng)、同步電壓接口電路、脈沖驅(qū) 動(dòng)接口電路和A/D采樣接口電路。FPGA控制系統(tǒng)中的雙口 RAM信息上傳給CPU板，CPU板 綜合以上信息并結(jié)合電動(dòng)機(jī)模型完成交交變頻的矢量控制任務(wù)，產(chǎn)生電壓前饋信號(hào)和交流 電流給定信號(hào)，并刷新FPGA控制系統(tǒng)中的雙口 RAM。DSP控制系統(tǒng)采集FPGA控制系統(tǒng)內(nèi)的 雙口 RAM信息，并綜合CPU板的控制信號(hào)、同步電壓信號(hào)、電壓電流信號(hào)，產(chǎn)生控制脈沖，控 制脈沖通過FPGA控制系統(tǒng)傳遞到脈沖驅(qū)動(dòng)接口電路，最終發(fā)送給三相交交變頻器。本實(shí)用新型的有益效果是，克服了現(xiàn)有技術(shù)通用性不好，開放性差等缺陷，提供了 一種滿足多任務(wù)實(shí)時(shí)控制的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)。
四
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是VMIC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是電流環(huán)控制板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.三相交流電源 2.三相交交變頻器 3.同步電機(jī) 4.檢測系統(tǒng) 5. VMIC控制系統(tǒng)6.CPU板7.反射內(nèi)存通訊接口板8.模擬信號(hào)接口板9.數(shù)字信號(hào) 接口板 10.碼盤信號(hào)接口板 IUrofibus通訊接口板 12.電流環(huán)控制板 13. VME總 線 14. DSP控制系統(tǒng)15. FPGA控制系統(tǒng) 16.同步電壓接口電路 17.脈沖驅(qū)動(dòng)接口電路 18.A/D采樣接口電路
五具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)施例包括三相交流電源1、三相交交變頻器2、同步電機(jī)3、檢測系 統(tǒng)4和VMIC控制系統(tǒng)5。其中，三相交流電源1與三相交交變頻器2相連，為三相交交變 頻器2提供頻率固定的電源；三相交交變頻器2與同步電機(jī)3相連，為同步電機(jī)3提供頻率 可變的電源；檢測系統(tǒng)4與同步電機(jī)3相連，檢測同步電機(jī)3電壓信號(hào)、電流信號(hào)、速度信號(hào) 和位置信號(hào)，并將檢測信號(hào)傳給VMIC控制系統(tǒng)5 ；VMIC控制系統(tǒng)5與三相交交變頻器2相 連，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)三相交交變頻器2。所述檢測系統(tǒng)4由電壓檢測、電流檢測、電動(dòng)機(jī)速度和位置檢測。電壓檢測與電流 檢測通過LEM傳感器實(shí)現(xiàn)，LEM傳感器輸出的模擬量經(jīng)過模擬信號(hào)接口板8的A/D轉(zhuǎn)換后 變?yōu)閿?shù)字量傳輸給DSP控制系統(tǒng)14。電動(dòng)機(jī)的速度檢測通過增量式碼盤實(shí)現(xiàn)，位置檢測通 過絕對(duì)值碼盤實(shí)現(xiàn)，通過碼盤信號(hào)接口板把速度和位置信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳輸給電流環(huán)控 制板12。如圖2所示，所述VMIC控制系統(tǒng)5包括CPU板6、反射內(nèi)存通訊接口板7、模擬信號(hào)接口板8、數(shù)字信號(hào)接口板8、碼盤信號(hào)接口板10、Profibus通訊接口板11、電流環(huán)控制 板12。上述接口板都插在VME總線13機(jī)箱背板上，通過VME總線13實(shí)現(xiàn)各接口板之間的 通訊。所述CPU板6主要完成矢量控制算法、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析和人機(jī)界面設(shè) 計(jì)等功能。所述反射內(nèi)存通訊接口板7可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程通訊和實(shí)時(shí)控制。所述模擬信號(hào)接口板8將模擬調(diào)試給定信號(hào)、電壓及電流傳感器輸出的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)，可以將關(guān)鍵變量由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)并輸出，便于進(jìn)行實(shí)時(shí) 調(diào)試與監(jiān)控。所述數(shù)字信號(hào)接口板9采集現(xiàn)場底層設(shè)備的數(shù)字信號(hào)、開關(guān)狀態(tài)信息，并傳遞給 CPU主板6，同時(shí)通過數(shù)字信號(hào)輸出，將控制系統(tǒng)的狀態(tài)和控制命令傳給子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與子 設(shè)備的信息交換與監(jiān)控。所述碼盤信號(hào)接口板10接收增量式碼盤和絕對(duì)值式碼盤信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)化為 數(shù)字量傳輸給電流環(huán)控制板12。所述ibus通訊接口板11用于帶有ibus接口的底層設(shè)備之間的通訊，該 接口板采集故障信號(hào)、反饋信號(hào)和輸出命令信號(hào)。如圖3所示，所述電流環(huán)控制板12包括DSP控制系統(tǒng)14、FPGA控制系統(tǒng)15、同步 電壓接口電路16、脈沖驅(qū)動(dòng)接口電路17和A/D采樣接口電路18。FPGA控制系統(tǒng)15中的 雙口 RAM信息上傳給CPU板6，CPU板6綜合以上信息并結(jié)合電動(dòng)機(jī)模型完成交交變頻的矢 量控制任務(wù)，產(chǎn)生電壓前饋信號(hào)和交流電流給定信號(hào)，并刷新FPGA控制系統(tǒng)15的雙口 RAM。 DSP控制系統(tǒng)14采集FPGA控制系統(tǒng)15內(nèi)的雙口 RAM信息，并綜合CPU板6的控制信號(hào)、同 步電壓信號(hào)、電壓電流信號(hào)，產(chǎn)生控制脈沖，控制脈沖通過FPGA控制系統(tǒng)15傳遞到脈沖驅(qū) 動(dòng)接口電路17，最終發(fā)送給三相交交變頻器2。
權(quán)利要求1. 一種基于VME總線的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)，包括三相交流電源、三相 交交變頻器、同步電機(jī)、檢測系統(tǒng)和VMIC控制系統(tǒng)，其特征在于三相交流電源與三相交交 變頻器相連，為三相交交變頻器提供頻率固定的電源；三相交交變頻器與同步電機(jī)相連，為 同步電機(jī)提供頻率可變的電源；檢測系統(tǒng)與同步電機(jī)相連，檢測同步電機(jī)電壓信號(hào)、電流信 號(hào)、速度信號(hào)和位置信號(hào)，并將檢測信號(hào)傳給VMIC控制系統(tǒng)；VMIC控制系統(tǒng)與三相交交變 頻器相連，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)三相交交變頻器。
專利摘要一種基于VME總線的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)，包括三相交流電源、三相交交變頻器、同步電機(jī)、檢測系統(tǒng)和VMIC控制系統(tǒng)。其中，三相交流電源為三相交交變頻器提供頻率固定的電源；三相交交變頻器為同步電機(jī)提供頻率可變的電源；檢測系統(tǒng)檢測同步電機(jī)電壓信號(hào)、電流信號(hào)、速度信號(hào)和位置信號(hào)，并將檢測信號(hào)傳給VMIC控制系統(tǒng)；VMIC控制系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)三相交交變頻器。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)通用性不好，開放性差等缺陷，提供了一種滿足多任務(wù)實(shí)時(shí)控制的同步電機(jī)交交變頻矢量控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02P21/14GK201869155SQ20102060957
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者喬樹通, 吳瑋, 姜建國, 楊剛, 王克智, 王韜, 白宏峰, 羅*, 羅自明, 趙劍飛 申請人:上海交通大學(xué), 山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司