電機(jī)驅(qū)動(dòng)伺服是機(jī)器人關(guān)節(jié)中最重要的部分，是決定機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度及穩(wěn)定性的重要因素。電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)科研室中配置有cSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中常用的多種電機(jī)平臺(tái)，包括直線電機(jī)、輪轂電機(jī)、永磁同步電機(jī)（PMSM）、異步電機(jī)、盤式電機(jī)等用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的多種電機(jī)平臺(tái)。cSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)是基于模型設(shè)計(jì)（MBD：Model-Based Design）典型的產(chǎn)品，可供研究人員進(jìn)行快速的算法研究。

  支持研究方向

  高精度伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)研究；

  伺服驅(qū)動(dòng)通訊技術(shù)研究；

  智能化伺服驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)研究；

  電機(jī)PI參數(shù)整定技術(shù)研究；

  電機(jī)慣性參數(shù)及負(fù)載參數(shù)辨識(shí)技術(shù)研究；

  電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制技術(shù)研究。

  I.開源直線電機(jī)平臺(tái)

  開源直線電機(jī)平臺(tái)是由工業(yè)級高精密直線電機(jī)、控制系統(tǒng)和上位機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)是基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink開發(fā)。該平臺(tái)結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和嵌入式實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計(jì)的功能，是基于模型設(shè)計(jì)（MBD:Model-Based Design）開發(fā)，可以完成如LQR最優(yōu)控制、模糊控制、滑?？刂?、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等運(yùn)動(dòng)控制理論的相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

  平臺(tái)控制算法代碼完全開源，系統(tǒng)提供典型系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)和穩(wěn)定性分析、根軌跡、線性系統(tǒng)矯正、PID控制實(shí)驗(yàn)和LQR控制，以及直線電機(jī)速度控制和位置跟蹤等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?？梢宰鳛樽詣?dòng)化專業(yè)、機(jī)電專業(yè)、電氣專業(yè)、機(jī)器人等專業(yè)中《電機(jī)學(xué)》、《自動(dòng)控制原理》、《現(xiàn)代控制理論》、《伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)》等課程的配套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可作為科研工作者檢驗(yàn)自動(dòng)控制算法的科研平臺(tái)。

  開源直線電機(jī)平臺(tái)

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  工業(yè)級高精密直線電機(jī)，推力輸出線性度好，數(shù)學(xué)模型精確，無機(jī)械傳動(dòng)干擾；

  基于MBD工程開發(fā)方法。建模、算法設(shè)計(jì)、仿真、代碼生成和下載等均在MATLAB/Simulink上完成；

  開放式控制開發(fā)框架，代碼開源，支持用戶自主開發(fā)算法，如PID、LQR、滑模、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制算法，提供開發(fā)應(yīng)用實(shí)例；

  支持用戶擺桿伸縮定制，支撐系統(tǒng)建模、經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、最優(yōu)控制和智能控制等實(shí)驗(yàn)。

  開發(fā)概圖

  開發(fā)流程圖

  Simulink模型圖

  II.輪轂電機(jī)綜合性能測試分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  輪轂電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)室實(shí)物圖

  產(chǎn)品概述

  輪轂電機(jī)綜合性能測試分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由帶編碼器和霍爾傳感器的輪轂伺服電機(jī)、力矩傳感器、磁粉制動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)軟件組成，系統(tǒng)是基于MATLAB/Simulink進(jìn)行開發(fā)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)代碼生成，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電流和速度雙閉環(huán)的實(shí)時(shí)控制，擁有上位機(jī)監(jiān)控界面，能在線調(diào)節(jié)控制參數(shù)和保存采集的數(shù)據(jù)。

  平臺(tái)可以進(jìn)行FOC磁場定向控制，SVPWM三相電流和逆變控制、電流、速度PID雙閉環(huán)等算法的研究，也可以對電機(jī)的機(jī)械特性、電氣特性進(jìn)行測量和分析的綜合的平臺(tái)。代碼開源，支持二次開發(fā)，可以作為教師科研平臺(tái)，進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)控制等電機(jī)高級控制算法的研究。

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  桌面式的輪轂伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器開發(fā)和帶扭矩傳感器的性能測試平臺(tái)；

  基于模型設(shè)計(jì)（MBD：Model based design）的快速控制原型開發(fā)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法，基于嵌入式（TI TMS320F28335 DSP）和MATLAB/Simulink進(jìn)行開發(fā)；

  完整的硬件、軟件實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供全開放式的軟硬件接口，豐富的可擴(kuò)展性；

  支持FOC、SVPWM、PID等電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制算法；

  自動(dòng)生成代碼，變量在線觀測、參數(shù)自動(dòng)保存、參數(shù)在線修改等功能；

  提供豐富的TI DSP的原理、開發(fā)與應(yīng)用知識(shí)案例。

  開發(fā)概圖

  開發(fā)流程圖

  Simulink控制模型圖

  III.永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  多電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)室實(shí)物圖

  產(chǎn)品概述

  永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink開發(fā)。由永磁同步電機(jī)對拖平臺(tái)（含高性能扭矩傳感器）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)箱、上位機(jī)和軟件包組成。硬件原理圖全部開源；軟件包提供開源的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制程序。

  系統(tǒng)提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制仿真、信號(hào)采集、PWM產(chǎn)生、坐標(biāo)變換和FOC磁場定向控制、恒壓頻比調(diào)速、電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)等內(nèi)容，可支撐科研工作者開發(fā)新型的電機(jī)控制模型和算法的科研平臺(tái)。

  永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  軟硬件底層全部開源，方便二次開發(fā)。

  基于TI DSP嵌入式和MATLAB/Simulink軟件開發(fā)，在Simulink中進(jìn)行模塊化編程實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，驗(yàn)證各種算法，自動(dòng)生成代碼。

  電路模塊化設(shè)計(jì)，可插拔，具有各種編碼器接口，信號(hào)方便用萬用表和示波器觀測。

  支持PWM和SVPWM、矢量控制等電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制算法。

  支持PID、電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)等控制算法。

  可通過上位機(jī)在線觀測、記錄、修改參數(shù)。

  可以實(shí)現(xiàn)對拖，施加可變負(fù)載，研究高級控制算法在可變負(fù)載下的伺服性能。

  開發(fā)概圖

  開發(fā)流程圖

  永磁同步伺服電機(jī)帶載速度閉環(huán)模型

  IV.功率級電機(jī)對拖性能研究與半實(shí)物仿真開發(fā)系統(tǒng)

  功率級電機(jī)對拖實(shí)驗(yàn)室實(shí)物圖

  產(chǎn)品概述

  功率級電機(jī)性能測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是能實(shí)現(xiàn)采用扭矩傳感器測量電機(jī)的性能、兩個(gè)電機(jī)互為負(fù)載的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制算法開源的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)是基于TI TMS320F28335 DSP和MATLAB/Simulink的圖形化編程，結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和嵌入式實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計(jì)的功能。

  該平臺(tái)能自動(dòng)生成DSP代碼，擁有上位機(jī)監(jiān)控界面，能在線調(diào)節(jié)控制參數(shù)和保存采集的數(shù)據(jù)，底層代碼開源，是以新能源、電力拖動(dòng)和電動(dòng)車輛工程應(yīng)用為背景的一個(gè)開放式產(chǎn)品平臺(tái)。不僅能用于構(gòu)建機(jī)器人、各種電機(jī)、汽車電子、電力電子、機(jī)械裝備等的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器快速控制原型開發(fā)系統(tǒng)，而且能用于電機(jī)性能測試、高級電機(jī)控制算法研究的平臺(tái)。

  開發(fā)流程圖

  實(shí)物場景圖

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  采用MBD方法開發(fā)，能實(shí)現(xiàn)硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計(jì)方法；

  基于TI TMS320F28335 DSP，豐富的硬件外設(shè)支持，擁有高性能的旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)采集、SPI、CAN、串口等處理模塊；

  采用MATLAB/Simulink基于模型的設(shè)計(jì)開發(fā)，支持Simulink自動(dòng)DSP代碼生成；

  可在線修改多個(gè)變量，實(shí)時(shí)顯示多個(gè)變量并自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；

  驅(qū)動(dòng)器控制接口開放，控制接口包括三路PWM信號(hào)，1路輸出使能信號(hào)和1路故障反饋信號(hào)；

  驅(qū)動(dòng)器及其控制接口板卡自供電，具有過壓、短路和過溫等完善的保護(hù)功能；

  是進(jìn)行電機(jī)原理、驅(qū)動(dòng)控制算法、MATLAB快速控制原型開發(fā)和DSP軟硬件學(xué)習(xí)和研究很好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究人員也可以快速利用這套系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其它類型的電機(jī)；

  提供電流和速度閉環(huán)控制Simulink軟件以及DSP源代碼；

  并網(wǎng)逆變器（grid-tie inverter，簡稱GTI）可以將直流電轉(zhuǎn)換給交流電，并且其輸出的交流電可以和和市電的頻率及相位同步，因此輸出的交流電可以回到市電；

  應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、操作便捷、性價(jià)比高。

  開發(fā)概圖

  基于Simulink的伺服電機(jī)電壓開環(huán)模型

  基于Simulink的伺服電機(jī)速度閉環(huán)模型

  V、機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  產(chǎn)品概述

  機(jī)械臂關(guān)節(jié)模組是由伺服驅(qū)動(dòng)器、無框力矩電機(jī)、諧波減速機(jī)、光電編碼器（減速機(jī)前）、絕對值編碼器（減速機(jī)后，測量機(jī)械臂的輸出軸的絕對角度）和繼電器抱閘等部件組成，并集成在一個(gè)關(guān)節(jié)中，很適合組裝成多軸機(jī)械臂，也可以作為其它自動(dòng)化設(shè)備使用。其具有傳動(dòng)效率更高，結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)更大的連續(xù)轉(zhuǎn)矩和瞬間扭矩輸出，具有“小身材，大力氣”、高精度的特點(diǎn)。

  結(jié)合公司多年沉淀的豐富的驅(qū)動(dòng)器和嵌入式電控方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，機(jī)械臂關(guān)節(jié)模組通過高度集成的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)和驅(qū)控一體化設(shè)計(jì)，可以作為工業(yè)型、服務(wù)型機(jī)器人、傳統(tǒng)車輛、作業(yè)車輛的遠(yuǎn)程駕駛和自動(dòng)駕駛改造等系統(tǒng)集成商的優(yōu)選產(chǎn)品。降低客戶對機(jī)械選型、設(shè)計(jì)、組裝多個(gè)環(huán)節(jié)的人員和時(shí)間投入。

  機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  小巧符合工業(yè)型、服務(wù)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活、大扭矩的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；

  機(jī)電一體化設(shè)計(jì)、驅(qū)控一體化設(shè)計(jì)，最大化減少機(jī)器人關(guān)節(jié)重量；

  關(guān)節(jié)模組輸出端重復(fù)定位精度0.001o；

  斷電后自動(dòng)鎖住電機(jī)軸，關(guān)節(jié)模組位置鎖定；

  輸出連續(xù)扭矩為10~200N.m。額定轉(zhuǎn)速最高可達(dá)40RPM，加速度可達(dá)10RPS/S；

  常規(guī)為48VDC供電，24~60VDC之間供電可選。滿足服務(wù)型機(jī)器人等電池供電的特點(diǎn)；

  CAN總線通信，支持大部分主流機(jī)器人控制器；

  提供功能完善的監(jiān)控軟件，功能包括三環(huán)PI參數(shù)設(shè)置和控制效果觀測，電流、速度、位置測試、絕對值編碼器顯示、電流等參數(shù)設(shè)置。

  相關(guān)概圖

  Simulink算法框圖

  監(jiān)控界面

  在關(guān)節(jié)模組伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)跟蹤角度，即每個(gè)位置控制周期（控制周期為1ms）給定一個(gè)新的角度值，實(shí)際的角度值和設(shè)定的角度值的偏差，在勻加速階段，為800個(gè)脈沖左右（轉(zhuǎn)動(dòng)一圈有80000，八萬個(gè)脈沖），勻速階段為50個(gè)脈沖左右，對應(yīng)實(shí)際的機(jī)械臂末端的角度為0.036°和0.00225°左右，達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平的動(dòng)態(tài)跟蹤的伺服性能。