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基于DSP控制的感应电机变频调速系统上位机程序使用说明

目录

基于DSP控制的感应电机变频调速系统上位机程序使用说明

1．概述 (1)

2．安装指南 (3)

3．功能使用说明

3．1 系统状态控制命令 (3)

3．2 系统设置命令 (5)

3．3 控制方式参数设置 (6)

3．4 波形显示 (9)

3．5 显示辅助设置 (10)

3．6 数据采集参数设置 (12)

3．7 状态显示 (14)

4．使用实例

4．1 开环SPWM异步调制启动转速与启动电流观测 (14)

4．2 磁场定向（FOC）双闭环控制实验 (15)

4．3 试验结束注意 (17)

4．4 显示后期处理 (17)

基于DSP控制的高性能无刷直流电动机实验系统上位机程序使用说明1．安装指南 (19)

2．软件功能 (19)

3．功能使用说明

3.1 系统状态控制命令 (20)

3.2系统命令 (21)

3.3实验数据数值及波形显示 (23)

3.4数据采集参数设置 (26)

3.5控制方式参数设置 (27)

4．调速系统 (27)

5．伺服系统 (28)

1

6．状态显示 (28)

7．其他支持功能 (29)

8．使用实例 (29)

外扩DSP使用说明 (32)

2

- 1 -

基于DSP 控制的感应电机变频调速系统

上位机程序使用说明

1．概述

MCL-13上位机控制程序，是“基于DSP 控制的感应电机变频调速系统(MCL-13)”的上位机控制程序。本软件与MCL-13挂箱配套使用。MCL-13挂箱上备有串口RS232连接插座。用户使用本软件前，应通过此连接插座与上位PC 机串口妥善连接。脱离MCL-13挂箱，本软件将无效，装入运行时会引起死机。

程序主界面（User Interface ）如图1.所示。

MSCL-13上位机控制程序可以完成对MCL-13系统的上位机控制,包括面板命令控制、各类控制策略内部参数给定、各类波形捕捉和后期数据图象处理。

1．1 面板控制命令给定：

串口设置。

●数据后期处理命令给定。

●在下列4种控制策略中，任意选择一种进行实验：开环SPWM 控制，开环

空间矢量控制，闭环磁场定向控制，闭环直接转矩控制。

●数据采集类型给定。

●动态速度给定。

●采样量程给定。

●电机启动或停止。

●上、下位机之间的通讯连接，建立或断开。

1．2 各类控制策略内部参数给定:

●SPWM模式同步调制下: 载波比

异步调制下: 开关频率

混合调制下: 三段同步调制的频率切换值,每一段的载波比

●空间矢量模式同步调制下: 载波比

异步调制下: 开关频率

混合调制下: 三段同步调制的频率切换值,每一段的载波比

●磁场定向模式下:速度环抗饱和PI调节器:P参数I参数

电流环抗饱和PI调节器: P参数I参数

转子电阻

●直接转矩模式下: 速度环抗饱和PI调节器:P参数I参数

转矩滞环容差

磁通滞环容差

定子电阻

1.3 各类波形捕捉

●SPWM模式下的A相电流波形、B相电流波形和转速波形

●空间矢量模式下的A相电流波形、B相电流波形和转速波形

●磁场定向模式下的A相电流波形、B相电流波形、转速波形、α相磁通、β

相磁通。

●直接转矩模式下的A相电流波形、B相电流波形、转速波形、α相磁通、β

相磁通。

●波形捕捉最多可以同时显示两条曲线，可以选择一条或者选择不显示曲线。

●波形捕捉可以选择为循环显示或者只显示单次

●波形捕捉可以选择为X-Y或者Y-t显示，在X-Y模式下可以观察磁通轨迹圆

图。

- 2 -

1.4 后期数据图象处理

●保存数据文件:数据将被保存在后缀名为dtc文件中。

●打开数据文件:打开以前保存的后缀名为dtc文件。

●上传数据文件:数据文件上传，需配合网络版使用。

●保存位图文件:将显示区域内的图象保存成位图文件,后缀名为bmp。

1.5 动态功能设置

●启动时动态速度给定。

●启动时动态量程改变。

●启动时动态采样波形改变。

●启动时采样暂停重新刷新。

2．安装指南

本程序的安装文件为SETUP.EXE,如果是软盘安装，将有两张软盘，分别标记为安装盘1＃和安装盘2#。

●软盘安装：运行安装盘1#的SETUP.EXE, 双击运行后, 按系统提示插入安装

盘2#, 然后按提示完成安装。

●拷贝安装：先将安装盘1#和安装盘2#的文件全部拷贝至同一目录,例如

d:\mcl13setup。再运行SETUP.EXE, 按提示完成安装。

●串口使用：使用串口线，连接MCL13挂箱上插座与电脑串口插座。

●串口属性设置：传输速率:19200 BPs,数据位:8位,奇偶校验位:odd,停止位1

位。

串口端口根据计算机接线不同设置,范围为COM1~COM4

●安装完成后,执行文件为安装目录下的Mcl13run.EXE.

3．功能使用说明

3．1 系统状态控制命令

发系统状态控制命令并显示系统状态的“系统状态”框，位于主界面右下角，它包括两个部分：

- 3 -

（1）

机建立连接，按“连接”按钮（图2.a）可以建立与下位机的连接当程序与下位机建立了连接以后，显示变为“断开连接”（图2.b）,同时按钮上的红灯变为绿灯，表示与下位机连接正常。当与下位机通讯完成以后，需要按“断开连接”按钮来结束与下位机的连接，此时绿灯变为红灯（图2.a）。请注意：上、下位机通讯建立后，挂箱上的控制电位器与按钮

失效，控制权已转移到上位机控制界面上。反之，断开连接后，控制权回复到挂箱上。

（2）

毕以后，按“启动”按钮（图2.b）将发送命令给下位机，电机启动，并传送数据用于波形显示（图2.c），此时按钮上方的“》＝＝＝”将表示电机正在运行。按“停止”按钮将停止命令发送给下位机，状态恢复为（图2.b）所示。

（3）

图2.a 系统控制图2.b 系统控制图2.c 系统控制

图2.d 系统控制

- 4 -

- 5 - 据采集设置为循环采集时）

，数据将停止刷新，用户可以形。

3.2系统设置命令

发系统设置命令的“系统命令”框，位于主界面的左上角，是一系列的命令按钮，如（图3）所示。它共包含以下7个命令按钮：

（1）串口设置：

用于设置串口的各项数据。通过点击该按钮进入串口设置对话框，如（图4.a ）所示。可以在对话框内，选择计算机与挂箱连接的串口端口号、串口的传输速率、数据位、奇偶位和停止位，如4.b ）所示。在设置完成之后，可按“确定”，更改设置，并退出对话框；也可按“取消”，采用默认值，放弃修改，并退出对话框。默认设置为：端口“COM1”,最大速度：“19200”，数据位“8”，奇偶位“odd ”, 停止位“1”。一般情况下，在安装程序时，完成串口设置，做实验时，无须重新设置。

（2）显示设置：

用于设置显示曲线的各类属性。通过点击该按钮进入对话框，如（图5.a ）所示：系统可以同时存储四个缓冲区的数据，其中一个是当前曲线，三个为暂存曲线。可以在显示设置对话框内设置四个曲线的颜色、线形、是否在显示区域内显示和设置背景色。在“显示”

前面打钩表示显示该曲线，按“颜色”后面的“…..

”

按钮可以进入颜色选择对话框，如

（图

5.b ）所示，可以选择适当的颜色，按

“线形”后面的下拉框可以选择该曲线的线形，有“实

- 6 - 线”、“划线”和“点线”三种选择。在设置完成之后，如按“确定”则更改设置并退出对话框；如按“取消”则放弃修改并退出对话框。

（3）默认设置：

点击该按钮将恢复系统的默认设置。

（4）保存数据：

点击该按钮将显示文件保存对话框，将当前的数据保存到一个后缀名为DTC 的文件中。

（5）打开数据：

点击该按钮将显示文件打开对话框，打开以前保存的后缀名为dtc 文件。

（6）上传文件：

点击该按钮将数据文件上传，如（图6）所示，需配合网络版使用。

（7）保存图片:

点击该按钮将显示文件保存对话框，将当前波形显示区域的波形保存到一个位图文件中，后缀名为bmp 。

3.3控制方式参数设置

位于主界面左侧中部的“控制方式参数设置”框如(图7.a)所示。点击不同的按钮将对不同的控制策略设置不同的参数。

（1）SPWM

点击“SPWM ”按钮，将给出SPWM 控制方式下参数设置对话框，如（图7.b

）所示。

从此对话框可见其参数设置可以分为几个部分：

◆速度频率给定：给定范围：频率（0～50Hz）

◆启动曲线低频补偿：给定范围：低频补偿（0.024～0.15）

◆同步调制选定：可以改变载波比N，给定范围: 6~48

◆异步调制选定：可以改变开关频率F,给定范围:300~2400Hz

◆混合调制选定：可以改变三段同步调制的频率切换值F1、F2,每一段的载

波比N1、N2、N3。F1范围：（5～20Hz），F2范围（20～35Hz）。N1范

围（48～144），N2范围（48～80），N3范围（6～48）。

- 7 -

按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。

（2）空间矢量(SVM)

点击“空间矢量”按钮，将给出空间矢量控制下参数设置对话框，如（图7）所示。该对话框与SPWM模式下的参数设置对话框一致。参数设置方法也可参见其说明。

（3）磁场定向

点击“磁场定向”按钮，将给出磁场定向控制下参数设置对话框，如（图8）所示。从此对话框可见其参数设置可以分为以下几个部分：

◆速度频率给定：给定范围：频率（0～50Hz）

◆速度环抗饱和PI调节器：P参数，I参数

◆电流环抗饱和PI调节器：P参数，I参数

◆转子电阻：变化范围（80%～120％）

按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。

（4）直接转矩

点击“直接转矩”按钮，将给出直接转矩控制下参数设置对话框，如（图9）所示。从此对话框可见其参数设置可以分为以下几个部分：

◆速度频率给定：给定范围：频率（0～50Hz）

◆速度环抗饱和PI调节器：P参数，I参数

- 8 -

◆转矩滞环容差：调节转矩环滞环宽度（%）

◆磁通滞环容差：调节磁通环滞环宽度（%）

◆定子电阻：变化范围（80%～120％）

按“确定”将更改设置并退出对话框；按“取消”则放弃修改并退出对话框。

3.4波形显示

波形显示区域位于主界面的中上方，如（图10）所示。

- 9 -

- 10 -

◆ 红线扫描：

当曲线显示以后，用鼠标在显示区域点击，可以出现如（图11）所示的一条红线，当红线在显示区域内移动时，在相应的数值显示区域（详见3.5,图13）将显示波形的在这个点上的数值。单击鼠标右键将取消移动红线。

◆ 零线调节：

在波形显示区域的左边，有一条如（图12）所示

的拖动带，它可以调节显示区域的零线。

3.5显示辅助设置

显示辅助设置包括两个部分：显示处理部分和数值显示部分。

（1）显示处理

显示处理部分位于主界面波形显示区域上方，如图13所示。

从图可见，其处理命令包

- 11 - 括：

●

缓存，分别为:曲线1、曲线2、曲线3。按下“保存”按钮后将出现如（图

15.a ）所示的曲线保存对话框。选择将存储的缓存，然后给曲线命名，可以将当前的两条曲线同时保存。设置完成后按“确定”结束，按“取消”取消操作。

●

1、2、3里面的数据。

●

1。按钮弹起

时，表示不显示该曲线。 ●

2。按钮弹起时，表示不显示该曲线。

● 1。当缓存1

的名字被改变时，此时按钮的显示名称将同时改变（详见3.5 保存，图15a 图15b ）。按钮弹起时，表示不显示该曲线。

●

2。当缓存

2

的名字被改变时，此时按钮的显示名称将同时改变（详见3.5 保存，图15a

图15b）。按钮弹起时，表示不显示该曲线。

●

到波形显示区域时，鼠标显示图标变为（＋），在需要放大的点附近按一次，

显示区域将以此点为中心，同轴放大一倍。最多放大8倍。再次点击按钮，

按钮弹起表示退出放大状态，也可以通过在波形显示区域单击鼠标右键来退

出放大状态。

注意：在放大状态时，显示零线调节功能（详见3.4，图12）被禁止。

●

到波形显示区域时，鼠标显示图标变为（－），它只对曾经被放大过了的显示

波形有效，在显示区域点击一次，显示将缩小一半，直到显示为原来状态为

止。再次点击按钮，按钮弹起表示退出缩小状态，也可以通过在波形显示区

域单击鼠标右键来退出缩小状态。

注意：在缩小状态时，显示零线调节功能（详见3.4，图12）被禁止。

●

波形显示区域不显示网格。

（2）数值显示部分

见图1，数值显示部分位于主界面右下方。当显示区域出现红线扫描（详见3.4 ,图11）时,将扫描到的曲线上该点的值在数值显示部分显示出来，如图14所示。

3.6数据采集参数设置

见（图1），位于主界面右上方，用于数据采集参数设置的“采集数据类型”框，如（图16.a）所示。系统支持最多两条曲线同时显示，可以根据点击的不同控制策略，如（图16.b）所示，选择不同的波形显示。此外，还可以选择循环采集或者单次采集，选择X-Y显示或者Y-t显示，并可以通过变换量程来改变时间轴。

（1）系统支持的采集类型：

最多可以同时显示两条曲线，也可以选择一条,或者选择不显示曲线。系统在不同控制方式下支持不同的数据采集与波形显示：

SPWM控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形。

空间矢量控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形。

磁场定向控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形、α相磁通、β相磁通。直接转矩控制方式下：A相电流波形、B相电流波形、转速波形、α相磁通、β相磁通。

（2）波形显示类型：

- 12 -

- 13 - 可以选择为循环显示或者只显示单次，当在“循环”前面打钩时，表示循环采集，反之则只采集一次曲线。单次采集可以用来捕捉启动暂态过程。

注意：系统支持在电机运行时动态改变2路采集波形类别的改变。

（3）X-Y 或者Y-t 显示选择：

波形显示可以选择为X-Y 或者Y-t 显示，在X-Y 模式下可以观察磁通轨迹圆图。当在“X-Y 轴”前面打钩，表示采用X-Y 坐标。反之则表示采用“Y-t ”坐标显示曲线。

注意：系统支持在电机运行时动态改变X-Y 与Y-t 设定的改变。

（4）量程选择：

量程选择框如（图17）所示，其单位为ms 格，这里的“格”指的是显示区域每个大网格的单位。范围为：10msdiv ～500msdiv ，显示区域时间轴范围为：100ms~5s 。

- 14 - （5）动态转速给定：

动态速度给定如（图18）所示，在电机启动时，允许用户动态设定给定转速，设定完

3.7状态显示

见图1，位于主界面下方的状态显示栏，用于显示系统当前的各类设置和状态变化。如（图19）所示。

端口状态：显示端口状态，“端口开”或者“端口关”

串口设置：显示当前串口的设定值

连接状态：显示与下位机的连接是否正常。“连接正常”或者“连接失败”

控制方式：显示当前控制方式。

动态框：显示用户操作的信息，用户的动作，系统动态参数的汇报，错误报告。

4．使用实例

4．1开环SPWM 异步调制启动转速与启动电流观测

具体操作步骤如下：

（1）检查上位机与挂箱之间的串口连接线、挂箱上的连接线、挂箱与电机以及挂箱与验台之间的连接线。所有连接线正常后，接通挂箱上控制电源开关。此时，挂箱上的指示灯亮，指示系统处于默认状态（SPWM 控制，同步调制），数字显示频率给定；如按相应的按钮或旋转相应的电位器，可改变系统设置。

（2）运行上位机程序Mcl13run.EXE ，出现主界面。点击右下角的“连接”，以建立与下位机的通讯。详见3.1.（1），

(图

2.a)、(图2.b)。如果出现连接正常提示，则说明系统的

控制权已转移到上位机，挂箱上的控制按钮和电位器已失效；否则，说明连接失败，返回到（1）。

- 15 - （3）单击界面左边的控制方式设置对话框“SPWM “按钮，进入“SPWM 参数设定对话框”。详见3.3.（1）（图7.0）、（图7），设定转速给定为“1500”，设定调制方式为“异步调制”。按“确定”退出对话框。

（4）在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“速度曲线”，在“曲线2”的下拉框中选择“A 相电流”。详见3.6.（1）,（图16.a ）、（图16.b ）。在“循环”复选框前取消打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y 轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“200”档，详见3.6.（4）,（图17）。

（5）选中界面中上方的显示辅助设置中的“当前1” ，“当前2”按钮，详见3.5(图

13)。

（6）设置完成后，给挂箱接上主电路电源（一般情况下，所有连接线正常，接通挂箱上控制电源开关后，就可以给挂箱接上主电路电源。）。

（7）按“启动”按钮，详见3.1.b,（图2.b ）、（图2.c ），电机启动。

（8）等待数据传送，波形显示。

（9）按“停止“按钮，详见3.1.b,（图2.b ）、（图2.c ），电机停止。

(10) 试验可以得到如图20 所示的试验结果图形。

4．2磁场定向（FOC ）双闭环控制实验

实验任务：

（1）磁场场定向双闭环控制启动转速、电流曲线观察。

（2）稳态电流观察。

（3）稳态磁通观察

（4）稳态磁通轨迹曲线观察。

具体操作步骤如下：

（1）检查上位机与挂箱之间的串口连接线、

挂箱上的连接线、挂箱与电机以及挂箱与

- 16 - 验台之间的连接线。所有连接线正常后，接通挂箱上控制电源开关。此时，挂箱上的指示灯亮，指示系统处于默认状态（SPWM 控制，同步调制），数字显示频率给定；如按相应的按钮或旋转相应的电位器，可改变系统设置。

（2）运行上位机程序Mcl13run.EXE ，出现主界面。点击右下角的“连接”，以建立与下位机的通讯。详见3.1.（1），(图2.a)、(图2.b)。如果出现连接正常提示，则说明系统的控制权已转移到上位机，挂箱上的控制按钮和电位器已失效；否则，说明连接失败，返回到（1）。

（3

界面”。详见3.3.（3）（图8），设定转速给定为“1200”

（4）在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“速度曲线”，在“曲线2”的下拉框中选择“A 相电流”。详见3.6.（1）,（图16.a ）、（图16.b ）。在“循环”复选框前取消打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y 轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“200”档，详见3.6.（4）,（图17）。

（5

，

3.5(图

13)。

（6）设置完成后，给挂箱接上主电路电源（一般情况下，所有连接线正常，接通挂箱上控制电源开关后，就可以给挂箱接上主电路电源。）。

（7）按“启动”按钮，详见3.1.b,（图2.b ）、（图2.c ），电机启动。

（8）等待数据传送，波形显示。

（9）按“停止“按钮，详见3.1.b,

（图2.b ）、（图2.c ），电机停止。

(10) 试验可以得到如（图21.a ） 所示的试验结果图形,果。

(11) 在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“A 相电流”，在“曲线2”的下拉框中选择“B 相电流”。详见3.6.（1）,（图16.a ）、（图16.b ）。在“循环”复选框前打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y 轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“50

”档，详见3.6.（4）,（图17）。

(12)重复步骤（5）～（8

）

可以暂停数据刷新，得到如（图21.b

(13) 在界面右上角的“采集数据类型”中，在“曲线1”的下拉框中选择“Φα”，在“曲线2”的下拉框中选择“Φβ”。详见3.6.（1）,（图16.a ）、（图16.b ）。在“循环”复选框前打钩,详见3.6.（2）；在“X-Y 轴”复选框前取消打钩,详见3.6.（3）；在“量程”框中选择“50”档，详见

3.6.（4）,（图17）。

(14)重复步骤（5）～（8）

- 17 - 可以暂停数据刷新，得到如（图21.c ）波形。保存完后按

(15) 在“X-Y 轴”复选框前打钩,详见3.6.（3）；可以观察X-Y 轴磁通轨迹曲线。按

21.d ）波形。保存完后按

4．3试验结束注意

试验结束时，先将主电路电压下降到底，再按“电机启动”将主电路余留电量放出，待电压表显示位0V 时，按“电机停止”，再按“断开连接”，然后可以退出上位机程序。最后将下位机控制电路断开。

4．4显示后期处理

（1）曲线保存。详见3.5.

（

1

）。保存曲线如下：

（2）放大、缩小. 详见3.5.

（1）。

（3）查看数值。详见3.4、3.5.（2）。

（4）保存数据，保存图片。详见3.2.（4）、详见3.2.（7）。（5）打开数据。详见3.2.（5）。

（6）上传数据。详见3.2.（6）。

- 18 -

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