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關(guān)于研旭
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YXMBD-ZDP5K基于半實物原型開發(fā)混合儲能制動能量回收控制系統(tǒng)
發(fā)布時間：
2023-12-11 16:43
來源：
原創(chuàng)
一、設(shè)備組成
二、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)特點：
- 系統(tǒng)采用真實鋰電池儲能和超級電容系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池/超級電容的充電/放電、電池管理系統(tǒng)BMS控制均達(dá)到工業(yè)儲能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
- 系統(tǒng)包含雙向DC-DC變流器和雙向DC-AC變流器，可滿足常規(guī)的直流母線變流系統(tǒng)和交流母線變流系統(tǒng)；
- 采用對拖機(jī)組+慣性輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以模擬車輛的慣性滑行；
- 可通過控制電機(jī)驅(qū)動器模擬汽車運行、加速、剎車、加載等功能，可以將制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能并儲存起來；
- 控制器兼具2種控制方式：DSP編程和RCP模型控制（Simulink快速原型開發(fā)），兩種模式可應(yīng)用于不同的開發(fā)階段和實驗場景，優(yōu)勢互補；
- DSP模式下，可通過C代碼編程方式實現(xiàn)變流模塊的電能變換、故障保護(hù)、UI交互以及模式策略的變更等，熟悉掌握工業(yè)控制的開發(fā)流程；
- RCP模式下，可通過Simiulink模型配合上位機(jī)實時控制系統(tǒng)完成變流模塊的控制功能，圖形化的控制方式更容易上手，實時交互調(diào)試模式使核心算法的調(diào)試更為有效便捷；
- RCP一控多，同時控制多個變流驅(qū)動器，可實現(xiàn)驗證各種算法功能，實時控制，在線調(diào)參，提供完整控制模型；
- 提供整體系統(tǒng)的Simulink離線仿真模型，可與實際物理設(shè)備一一對應(yīng)，對比運行效果；
- 整體系統(tǒng)采用開源模式，提供完整的硬件原理圖、接口圖、DSP軟件源代碼、Similink完整可運行模型。具備非常靈活的二次開發(fā)的基礎(chǔ)，方便做各類教學(xué)和科研實驗。
三、技術(shù)參數(shù)
3.1 永磁電機(jī)對拖平臺
技術(shù)參數(shù)如下：
1)平臺由驅(qū)動電機(jī)（永磁同步電機(jī)）、高速精密聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)速/扭矩傳感器、加載電機(jī)（永磁同步電機(jī)）及中央監(jiān)控系統(tǒng)組成，用于實現(xiàn)電機(jī)對拖實驗，配備大質(zhì)量慣性輪，可模擬模擬車輛的慣性滑行特性；
2)可以實現(xiàn)速度控制和扭矩控制，驅(qū)動電機(jī)和加載電機(jī)以聯(lián)軸器相連， 監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)人機(jī)交互、系統(tǒng)監(jiān)控功能；
3)驅(qū)動電機(jī)：永磁同步電機(jī)，額定功率5.5KW，額定線電壓380V，額定線電流12A，額定轉(zhuǎn)矩 35 NM，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，峰值轉(zhuǎn)矩 70NM，轉(zhuǎn)子慣量8.6，重量 30KG，轉(zhuǎn)矩常數(shù)2.9，反電勢181，編碼器線數(shù)2500；
4)負(fù)載電機(jī)：永磁同步電機(jī)，額定功率5.5KW，額定線電壓380V，額定線電流12A，額定轉(zhuǎn)矩 35 NM，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，峰值轉(zhuǎn)矩 70NM，轉(zhuǎn)子慣量8.6，重量 30KG，轉(zhuǎn)矩常數(shù)2.9，反電勢181，編碼器線數(shù)2500；
5)扭矩/轉(zhuǎn)速傳感器（選配）：轉(zhuǎn)速范圍：0-2000rpm，扭矩測量范圍：0-200NM；
6)儲能慣性盤，慣量01kg.m2，由鋼板加工而成；
7)槽鋼底座帶橡膠墊，電機(jī)拖動組總尺寸1250*30*40（長*寬*高）。
3.2 電機(jī)回饋負(fù)載變流柜
1、可提供直流輸出和交流輸入兩種方式，交流輸入：380V電網(wǎng)，直流輸入：電壓500V；
2、PWM變換器可以運行，可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，能量可以雙向流動，定子側(cè)電流和網(wǎng)側(cè)電流的大小和功率因數(shù)都是可調(diào)的，整個雙PWM變換器可以工作在狀態(tài)；
3、在具體運行中，兩個PWM變換器各司其職，根據(jù)控制算法的不同其功能略有不同。無論哪種算法，定子PWM變換器一般是采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向，控制PMSG的定子電流呈正弦波形實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和功率因數(shù)調(diào)節(jié)；并網(wǎng)PWM變換器采用電網(wǎng)電壓矢量定向，將直流電逆變?yōu)榱己玫恼也ㄐ螌崿F(xiàn)并網(wǎng)和有功/無功解耦；
4、通過人機(jī)界面或者外部通訊可控制變流器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制和速度控制，從而模擬負(fù)載端電機(jī)的運行狀態(tài)；
5、具備19寸觸控一體機(jī)，運行研旭電機(jī)負(fù)載模擬監(jiān)控系統(tǒng)，具備功能：驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制、加載電機(jī)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制的功率控制、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示、實驗數(shù)據(jù)存儲；
6、變流柜功率5kw，配備工頻變壓器。
設(shè)備參數(shù)：
1)最大輸入功率：5.5KW
2)輸入電源：三相交流380V或者直流500V
3)最大交流電流：20A
4)最高轉(zhuǎn)換效率：94%
5)交流輸出電壓：380VAC
6)輸出頻率范圍：50HZ
7)交流連接方式： 三相四線
8)輸出電流總諧波畸變率：<3%
9)功率因數(shù)：>0.99
10)故障清除后 ： 3Min
11)隔離變壓器：有
12)輸出過載保護(hù)： 有
13)直流過欠壓保護(hù)： 有
14)交流過欠壓保護(hù)：有
15)過欠頻保護(hù)： 有
16)其它保護(hù)： 限流、過流、過熱等
17)防護(hù)類型/防護(hù)等級： IP20
18)散熱方式：風(fēng)冷
19)顯示方式：觸控一體機(jī)
20)通訊接口：RS485/以太網(wǎng)(ModbusRTU)
21)機(jī)械尺寸（寬×高×深）： 800*1600*600
3.3 電機(jī)負(fù)載模擬監(jiān)控系統(tǒng)
實現(xiàn)功能如下：
a.驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制；
b.加載電機(jī)轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制的功率控制；
c.轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率數(shù)據(jù)和曲線顯示；
d.實驗數(shù)據(jù)存儲。
監(jiān)控區(qū)
軟件監(jiān)控區(qū)的數(shù)據(jù)來源主要有變頻器、扭矩傳感器采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
變頻器數(shù)據(jù)
1)輸出電壓：變頻器交流輸出電壓
2)輸出電流：變頻器交流輸出電流
3)有功功率：變頻器輸出的交流電功率
4)實際轉(zhuǎn)速：絕對值編碼器經(jīng)變頻器模塊采集計算后的電機(jī)轉(zhuǎn)速
5)當(dāng)前扭矩：變頻器估算的扭矩
6)電機(jī)頻率：變頻器計算的當(dāng)前頻率
7）轉(zhuǎn)速：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的轉(zhuǎn)速。
8）扭矩：扭矩傳感器采集系統(tǒng)計算后的扭矩。
3.4 快速原型控制器——YXSPACE
YXSPACE產(chǎn)品系列能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計的圖形化的高級語言編寫的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示：
控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建，將模型中的接口與硬件驅(qū)動接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運行。
研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時可以實時監(jiān)測控制過程中的各類運行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態(tài)控件，分別為遙控控件、遙信控件、遙調(diào)控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件，直觀、方便的搭建監(jiān)控界面，監(jiān)控控制器內(nèi)部運行的詳細(xì)信息。
YXSPACE獨特優(yōu)點
- 采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對實際研究更具有參考性；
- 在Matlab中設(shè)計的控制算法自動生成代碼，自動加載到實時目標(biāo)機(jī)中運行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
- 使用門檻低，會Matlab仿真即可完成實驗測試工作，所有測試工作只需一人即可完成
- 模型與硬件接口鏈接簡單，只需記住端口編號即可，更不用配置硬件各類細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
- 性價比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
- 具備自主編寫的驅(qū)動庫，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應(yīng)的硬件元件庫，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對接，無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
- 模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼。
YXSPACE-VIEW2000軟件
研旭公司專門為SP2000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW2000軟件。
VIEW2000軟件中包含控制器設(shè)置以及組態(tài)區(qū)。其中控制器設(shè)置界面共有4類控制器設(shè)置，包括仿真步長設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。
組態(tài)區(qū)主要包括功能按鈕、組態(tài)控件、工作區(qū)等。
3.5 桌面型功率模塊YXPHM
YXPHM系列采用基于模型設(shè)計的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發(fā)經(jīng)驗，對該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動電路、傳感器電路、信號處理電路進(jìn)一步集成，同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實際控制器模塊，為用戶提供性價比更好的模塊化產(chǎn)品。
YXPHM多功能桌面型電力電子功率轉(zhuǎn)換平臺，采用積木式搭建形式，將功率轉(zhuǎn)換電路中的電感，電容，功率開關(guān)等器件方便的組合在一起，形成電力電子積木PEBB（Power Electronics Building Block）。
開發(fā)平臺包括硬件部分、軟件驅(qū)動，是針對高校開展電力電子技術(shù)研究推出的一種開放式的二次開發(fā)教學(xué)科研平臺。該平臺在硬件上采用分體化設(shè)計，控制板、采集板、功率板、電容板等模塊化，外殼采用透明的亞克力板材，美觀實用，用戶可以方便觀察內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)。同時頂蓋可以打開，方便進(jìn)行相關(guān)信號的測量。
主要功能
1、模塊拓展：采用模塊化設(shè)計，用戶可以定制所需要的拓?fù)?，提供開源軟件模塊，用戶可進(jìn)行二次開發(fā)?？蛇M(jìn)行多種拓?fù)涠ㄖ疲?br />
2、開放設(shè)計：開放給用戶硬件原理圖、硬件設(shè)計說明以及軟件模塊如底層驅(qū)動，控制算法等。
3、安全穩(wěn)定：設(shè)計了健全的保護(hù)機(jī)制，軟件方面有過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、IGBT過熱保護(hù)、通訊保護(hù)等；硬件方面有短路保護(hù)、IGBT過流保護(hù)等。
4、半實物仿真：方便與研旭YXspace控制器、NI控制器、RT-LAB控制器、dSPACE控制器等數(shù)字實時仿真器對接，可提供相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)接板，免去客戶硬件設(shè)計之憂。
功能拓?fù)涫纠?/strong>
YXPHM-SP205b-II型變流器內(nèi)部功能框圖
圖為接線面板：主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，輸出PWM調(diào)制波控制開關(guān)器件，從而可以實現(xiàn)直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預(yù)留的外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
圖為實物圖片，采用亞格力材料封裝?？梢云椒旁谧雷由厦妫史Q作桌面型功率模塊。
3.6、控制算法及模型
提供與此項目配套的Simulink仿真模型，該模型可以直接驅(qū)動功率硬件電路，實現(xiàn)功率變換。仿真模型需開放，用戶可以直接在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，便于二次開發(fā)。
配備相應(yīng)的Matlab離線仿真算法模型一套，供用戶進(jìn)行基于模型的算法優(yōu)化設(shè)計。
3.8 磷酸鐵鋰電池組（含BMS管理系統(tǒng)）
磷酸鐵鋰電池組由3.2v50AH鋰電池模塊組成，多個電池串聯(lián)。
（1）產(chǎn)品特點
1）電池正極采用磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)材料制作，安全性能好、循環(huán)壽命長；
2）電池系統(tǒng)采用高性能的專用BMS電池管理模塊，該BMS具備電壓、電流、溫度等保護(hù)功能，并使用系統(tǒng)與主機(jī)良好通訊；
3）監(jiān)控單元自動測量電池的充放電電流、充放電電壓、單體電芯表面溫度和環(huán)境溫度；
4）二次下電功能，電池電壓低于告警值有告警信息，電壓過低時自動下電，保護(hù)電池；
5）系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性；
6）全智能設(shè)計，配置有集中監(jiān)控模塊，具有四要（遙測、遙信、遙控和遙調(diào)）功能，實現(xiàn)計算機(jī)管理，可以通過與遠(yuǎn)端中央監(jiān)控中心通信；
7）電源控制技術(shù)與計算機(jī)結(jié)合，可以實時監(jiān)測和控制各種參數(shù)及狀態(tài)；
8）采用自冷方式，整個系統(tǒng)具有極低的噪音。
3.9 超級電容組（含CMS管理系統(tǒng)）
超級電容組是由多組48V，165F電容模塊組成，可為系統(tǒng)提供瞬間功率支撐。
48V 165F模組參數(shù)
3.7 開源資料
1、提供變流器電路板硬件原理圖：控制板，電源板，信號板，電容板，驅(qū)動板；
2、開放控制板的debug接口，客戶可以燒寫自己的程序；
3、開放變流器源代碼代碼（選配），包括但不限于程序主框架、硬件驅(qū)動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數(shù)、FOC控制算法等。（選配）
4、提供變流器的simulink算法模型，控制模型完全開放且可修改，用戶可直接使用。
四、技術(shù)資料
1.設(shè)備使用手冊
2.系統(tǒng)通訊協(xié)議
3.設(shè)備測試報告
4.開源資料
五、實物案例
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