一种电力电子及电机拖动实验平台的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电力电子及电机拖动实验平台。

背景技术：

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，目前几乎所有的高校都在加强现代电力电子技术的教学内容，相比理论课的丰富程度而言，电力电子技术的相关实验课程相对滞后，尤其是大学基础实验教学设备均较为简单主要架构为老旧的模拟电路，仅能满足基本的验证实验。

而现有的数字化电力电子试验装置一般是各大实验室专门定制装置，不同的实验室和试验场往往需要依据研究方向定制相应的装置，主要用于深度科研项目，且几乎在每个种类的实验台中都设置了一个DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)控制模块，成本较高且灵活性差，难以普及。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种电力电子及电机拖动实验平台，能够提高实验平台的综合性和集成度，节约成本且提高使用灵活性。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

计算机设备(1)、DSP核心控制电路(2)、FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)、信号转换电路(5)和电力电子及电气传动实验挂件区；

DSP核心控制电路(2)的组成元件包括DSP芯片，通过USB接口与计算机设备(1)连接并进行实时双向通信，用于模数(AD)转换、数模(DA)转换、数字量输入输出(IO)、正交信号解码器(decoder)；

FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)扩展电路(3)的组成元件包括FPGA板卡和与外部相连的扩展接口，并与DSP核心控制电路(2)相连；

信号转换电路(5)由多路电流传感器、电压传感器以及外围电路组成，用于获取实验过程中的电流量、电压量，并经由信号保护驱动电路(4)发送到FPGA扩展电路(3)及DSP核心控制电路(2)中进行模拟量到数字量的转换，转换得到的数字量发送至计算机设备(1)；

信号保护驱动电路(4)由CPLD((Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)逻辑保护电路、驱动电路和过压过流保护电路组成。

所述电力电子及电气传动实验挂件区包括：脉冲触发电路(6)、单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)、其他电力电子实验电路(15)、直流电源产生电路(16)、单相/三相整流电路(17)、单相交流电源(18)和三相交流电源(19)；

信号保护驱动电路(4)分别与FPGA扩展电路(3)、脉冲触发电路(6)、信号转换电路(5)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供逻辑保护和信号驱动；

脉冲触发电路(6)由多路脉冲触发电路组成并产生脉冲触发信号，分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供所产生的脉冲触发信号，所述脉冲触发信号包括G、K触发信号；

信号转换电路(5)分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于对相连的电路上的电压信号和电流信号进行转换得到便于采集的模拟信号；

单相/三相整流电路(17)由包括整流二极管在内的元器件组成，分别为单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于将单相交流电源或三相交流电源整流为直流电源，并为相连的电路提供直流电源；

三相交流电源(19)由三相交流电源电路(19)的漏电保护电路、三相隔离变压器、三相智能数显电压电流组合表组成，分别与三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供隔离后的三相交流电源，其中所述三相隔离变压器用于输出多种规格的三相交流电压；

单相交流电源(18)由单相交流电源(18)的漏电保护电路、单相隔离变压器、单相智能数显电压电流组合表组成，分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供隔离后的单相交流电源，其中所述单相隔离变压器用于输出多种规格的单相交流电压；

其他电力电子实验电路(15)包括光伏逆变电路；

直流电源产生电路(16)包括AC-DC和DC-DC变换电路，并分别与信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)、脉冲触发电路(6)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供单相电和系统控制所需的+24V、+15V或-15V的直流电源。

电气传动电路(14)中包括高压电机传动电路和低压电机传动电路，用于实验电机的电气传动实验，所述实验电机包括：三相永磁同步电机(PMSM)、三相交流异步电机、无刷直流电机、步进电机和磁阻电机；

单相桥式半控整流电路(7)和单相交流调压电路(8)分别由晶闸管、二极管、外围电路、电阻负载和电感负载组成，用于单相桥式半控整流实验和单相交流调压实验；

三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)由晶闸管、二极管、外围电路、电阻负载和电感负载组成，用于三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验；

三相交流调压电路(10)由三相交流电路和电阻负载组成，用于三相交流调压实验；

单相交—直—交变频电路(11)由单相桥式逆变电路和负载电路组成，用于单相交—直—交变频实验；

三相交—直—交变频电路(12)由三相桥式逆变电路和负载电路组成，用于三相交—直—交变频实验；

直流斩波电路(13)由独立器件组成，所述独立器件包括：MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金氧半场效晶体管)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)电路、光耦、电阻、电容、电感和灯泡，并组合完成Boost-Buck Chopper、Boost Chopper、Buck Chopper、Cuk Chopper、Zeta Chopper、Sepic Chopper六种典型斩波电路，并用于该六种典型斩波电路的升降压实验；

电气传动电路(14)由功率驱动电路、光耦隔离电路、电压传感器、电流传感器和解码器组成，用于永磁同步电机、三相异步电机、无刷直流电机、步进电机和磁阻电机的速度闭环、位置闭环的控制实验。

本实用新型实施例提供的电力电子及电机拖动实验平台，通过实验平台的单相桥式半控整流电路可以完成单相桥式半控整流实验；通过单相交流调压电路可以完成单相交流调压实验；通过三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路可以完成三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验；通过三相交流调压电路可以完成三相交流实验；通过单相交-直-交变频电路可以完成单相交-直-交变频实验；通过三相交-直-交变频电路可以实现三相交-直-交变频实验；通过直流斩波电路完成IGBT直流斩波实验；通过电气传动电路可以完成三相永磁同步电机(PMSM)传动实验、三相交流异步电机传动实验、无刷直流电机传动实验、步进电机传动实验、磁阻电机传动实验、SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)实验和各种算法的验证试验。相对于现有技术中，基础实验教学设备均较为简单主要架构为老旧的模拟电路，或者几乎在每个种类的实验台中都设置了一个DSP控制电路的成本较高且灵活性差的方案。本实施例实现了仅采用一块DSP芯片作为核心控制板和FPGA扩展电路的系统架构实现了基础实验教学过程中几乎所有实验科目的实验功能，提高了实验平台的综合性和集成度，节约了成本，提高了使用灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电力电子及电机拖动实验平台的架构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的三相桥式可控整流实验操作界面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的单相桥式半控整流实验和单相交流调压实验的原理示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电力电子及电机拖动实验平台的实验操作总程序界面示意图；

图5为本实用新型实施例提供的直流斩波控制原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的单相/三相晶闸管直流调速控制原理示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。下文中将详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型实施例提供一种电力电子及电机拖动实验平台，如图1所示，包括：计算机设备(1)、DSP核心控制电路(2)、FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)、信号转换电路(5)和电力电子及电气传动实验挂件区。

DSP核心控制电路(2)的组成元件包括DSP芯片，通过USB接口与计算机设备(1)连接并进行实时双向通信，用于模数(AD)转换、数模(DA)转换、数字量输入输出(IO)、正交信号解码器(decoder)。

FPGA扩展电路(3)的组成元件包括FPGA板卡和与外部相连的扩展接口，并与DSP核心控制电路(2)相连。

信号转换电路(5)由多路电流传感器、电压传感器以及外围电路组成，用于获取实验过程中的电流量、电压量，并经由信号保护驱动电路(4)发送到FPGA扩展电路(3)及DSP核心控制电路(2)中进行模拟量到数字量的转换，转换得到的数字量发送至计算机设备(1)。

信号保护驱动电路(4)由CPLD逻辑保护电路、驱动电路和过压过流保护电路组成。

在本实施例中，所述电力电子及电气传动实验挂件区包括：脉冲触发电路(6)、单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)、其他电力电子实验电路(15)、直流电源产生电路(16)、单相/三相整流电路(17)、单相交流电源(18)和三相交流电源(19)。其中：

信号保护驱动电路(4)分别与FPGA扩展电路(3)、脉冲触发电路(6)、信号转换电路(5)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供逻辑保护和信号驱动。

脉冲触发电路(6)由多路脉冲触发电路组成并产生脉冲触发信号，分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供所产生的脉冲触发信号，所述脉冲触发信号包括G、K触发信号。

信号转换电路(5)分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于对相连的电路上的电压信号和电流信号进行转换得到便于采集的模拟信号。

单相/三相整流电路(17)由包括整流二极管在内的元器件组成，分别为单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于将单相交流电源或三相交流电源整流为直流电源，并为相连的电路提供直流电源。

三相交流电源(19)由三相交流电源电路(19)的漏电保护电路、三相隔离变压器、三相智能数显电压电流组合表组成，分别与三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供隔离后的三相交流电源，其中所述三相隔离变压器用于输出多种规格的三相交流电压。

单相交流电源(18)由单相交流电源(18)的漏电保护电路、单相隔离变压器、单相智能数显电压电流组合表组成，分别与单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供隔离后的单相交流电源，其中所述单相隔离变压器用于输出多种规格的单相交流电压。

其他电力电子实验电路(15)包括光伏逆变电路。

直流电源产生电路(16)包括AC-DC和DC-DC变换电路，并分别与信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)、脉冲触发电路(6)、单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)、直流斩波电路(13)、电气传动电路(14)和其他电力电子实验电路(15)连接，用于为相连的电路提供单相电和系统控制所需的+24V、+15V或-15V的直流电源。

在本实施例中，电气传动电路(14)中包括高压电机传动电路和低压电机传动电路，用于实验电机的电气传动实验，所述实验电机包括：三相永磁同步电机(PMSM)、三相交流异步电机、无刷直流电机、步进电机和磁阻电机。

单相桥式半控整流电路(7)和单相交流调压电路(8)分别由晶闸管、二极管、外围电路、电阻负载和电感负载组成，用于单相桥式半控整流实验和单相交流调压实验。

三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)由晶闸管、二极管、外围电路、电阻负载和电感负载组成，用于三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验。

三相交流调压电路(10)由三相交流电路和电阻负载组成，用于三相交流调压实验。

单相交—直—交变频电路(11)由单相桥式逆变电路和负载电路组成，用于单相交—直—交变频实验。

三相交—直—交变频电路(12)由三相桥式逆变电路和负载电路组成，用于如图2所示的三相交—直—交变频实验。

直流斩波电路(13)由独立器件组成，所述独立器件包括：MOSFET或IGBT电路、光耦、电阻、电容、电感和灯泡，并组合完成Boost-Buck Chopper、Boost Chopper、Buck Chopper、Cuk Chopper、Zeta Chopper、Sepic Chopper六种典型斩波电路，并用于该六种典型斩波电路的升降压实验。

电气传动电路(14)由功率驱动电路、光耦隔离电路、电压传感器、电流传感器和解码器组成，用于永磁同步电机、三相异步电机、无刷直流电机、步进电机和磁阻电机的速度闭环、位置闭环的控制实验。

本实用新型实施例还提供一种电力电子及电机拖动实验平台，所述方法用于上述电力电子及电机拖动实验平台。所述方法包括：

接收单相交流电源(18)输出的单相交流电，并输入到信号转换电路(5)进行转换。将转换后的信号经由信号保护驱动电路(4)传输给FPGA扩展电路(3)进行量化变为数字量。通过DSP核心控制电路(2)根据实验控制程序，以固定频率对量化后的数字量进行读取，并检测所述量化后的数字量是正过零还是负过零，再发出相应的指示信息，其中，计算机设备(1)在Matlab/Simulink或Labview软件环境下统一管理实验控制程序，所述指示信息用于表示过零点。

具体的，对于单相桥式半控整流实验、单相交流调压实验、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验、三相交流调压等实验，可以通过软件算法实现过零检测，且单相过零检测与三相过零检测步骤类似，主要采集同步交流信号在Matlab/Simulink或Labview中进行软件过零和移相处理，最终发出触发信号。以基于如图3所示的单相桥式半控整流实验的单相过零检测为例，具体流程包括：

步骤1：单相交流电源(18)输出的单相交流电输入到信号转换电路(5)进行转换。

步骤2：步骤1转换后的信号经由信号保护驱动电路(4)传输给FPGA扩展电路(3)进行量化变为数字量。

步骤3：在计算机(1)及Matlab/Simulink或Labview软件环境下编写的实验控制程序，并通过下载工具下载到DSP核心控制电路(2)中，DSP核心控制电路(2)以固定频率对步骤2量化后的数字量进行读取。

步骤4：实验控制程序根据读取到的数字量，判断是正过零还是负过零，并发出相应的指示信息。

步骤5：返回步骤1，继续判断过零点。

在本实施例中，上述方法还包括：计算机设备(1)获取用户在实验控制界面中设定的相位角，并且DSP核心控制电路(2)从计算机设备(1)下载所述实验控制程序。检测单相或者三相的过零点。以过零点为参考点，在交流信号的相位达到所设定的相位角的时刻发出控制指令，并经过FPGA扩展板(3)和信号保护驱动电路(4)到达脉冲触发电路(6)，再由脉冲触发电路(6)发出多路触发信号给单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)和/或其他电力电子实验电路(15)。

具体的，对于单相桥式半控整流实验、单相交流调压实验、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验、三相交流调压实验，具体流程包括：

步骤1：用连接线把各个电路正确连接起来。

步骤2：计算机设备(1)获取用户在实验控制界面中设定的相位角，并将程序下载到DSP核心控制电路(2)中。

步骤3：根据权利要求24中的过零检测方法检测单相或者三相的过零点。

步骤4：以过零点为参考点，在交流信号的相位达到设定相位角时刻，控制程序发出控制指令，并经过FPGA扩展板(3)、信号保护驱动电路(4)到达脉冲触发电路(6)，脉冲触发电路(6)发出多路触发信号给单相桥式半控整流电路(7)、单相交流调压电路(8)、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路(9)、三相交流调压电路(10)、其他电力电子实验电路(15)，从而实现了数字化单相桥式半控整流、单相交流调压、三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流、三相交流调压等实验内容。

步骤5：返回步骤1，继续数字化电力电子实验。

在本实施例中，上述方法还包括：计算机设备(1)获取用户在所述实验控制界面中设定的变频后的频率和幅值，并且DSP核心控制电路(2)从计算机设备(1)下载所述实验控制程序。DSP核心控制电路(2)发出PWM信号，经过FPGA扩展电路(3)和信号保护驱动电路(4)到达单相交—直—交变频电路(11)和三相交—直—交变频电路(12)，并产生对应的交流变频信号。将单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)输出的交流变频信号通过信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)和FPGA扩展电路(3)采集到DSP核心控制电路(2)，由DSP核心控制电路(2)通过USB接口将数据传到计算机设备(1)，并由计算机设备(1)显示变频后的输出波形。

具体的，对于单相交—直—交变频实验、三相交—直—交变频实验，具体流程包括：

步骤1：用连接线把各个电路正确连接起来。

步骤2：在计算机设备(1)的实验控制界面中设定变频后的频率和幅值，并下载到DSP核心控制电路(2)中。

步骤3：运行控制程序发出PWM信号，PWM信号经过FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)到达单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)，产生对应的交流变频信号。

步骤4：把单相交—直—交变频电路(11)、三相交—直—交变频电路(12)输出的交流变频信号通过信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)、FPGA扩展电路(3)采集到DSP核心控制电路(2)，DSP核心控制电路(2)通过USB接口将数据传到计算机设备(1)中便于观察变频后的输出波形。

步骤5：返回到步骤2。

在本实施例中，上述方法还包括：计算机设备(1)获取用户在所述实验控制界面中设定的直流斩波后的目标电压值Vref，并且DSP核心控制电路(2)从计算机设备(1)下载所述实验控制程序。将直流斩波电路(13)输出的电压经由信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)和FPGA扩展电路(2)转换为数字量Vfb。DSP核心控制电路(2)以固定的采样周期读取Vfb，并获取计算误差e＝Vref-Vfb，再对e进行PID运算并输出占空比U。发出占空比为U的PWM信号，经过FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)到达直流斩波电路(13)，并由直流斩波电路(13)输出相应的直流电压。重复上述过程，直至直流斩波电路(13)输出的直流电压值达到Vref。

具体的，对于直流斩波实验，如图5所示的，具体流程包括：

步骤1：选择一种直流斩波电路，用连接线把各个电路正确连接起来。

步骤2：在计算机设备(1)的实验控制界面中设定直流斩波后的目标电压值Vref，并下载到DSP核心控制电路(2)中。

步骤3：直流斩波电路(13)输出的电压经由信号转换电路(5)、信号保护驱动电路(4)以及FPGA扩展电路(2)转换为数字量Vfb。

步骤4：DSP核心控制电路(2)以固定的采样周期读取步骤3得到的Vfb。

步骤5：控制程序中计算误差e＝Vref-Vfb。并对e进行PID等运算，输出占空比U。

步骤6：控制程序发出占空比为U的PWM信号，PWM信号经过FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)到达直流斩波电路(13)。直流斩波电路(13)输出相应的直流电压。

步骤7：重复步骤3到步骤6，直到直流斩波电路(13)输出的直流电压值达到给定的目标电压值Vref。

在本实施例中，上述方法还包括：计算机设备(1)获取用户在所述实验控制界面中设定的转子位置给定值θ_ref，并且DSP核心控制电路(2)从计算机设备(1)下载所述实验控制程序。将电气传动电路(14)输出的两相电流信号i_a、i_b、电机转子速度正交信号Speed和电机转子位置正交信号θ，经由信号保护驱动电路(4)和FPGA扩展电路(3)转换为数字量。DSP核心控制电路(2)以固定的采样周期读取两相电流信号i_a、i_b、电机转子速度正交信号Speed和电机转子位置正交信号θ。计算电机转子位置误差θ_err＝θ_ref-θ，再对θ_err进行PID运算得到速度给定信号Speed_ref。并计算速度误差Speed_err＝Speed_ref-Speed，再对Speed_err进行PID运算得到电流控制量I_ref。根据i_a、i_b、I_ref、θ进行Park变换、Clark变换和双电流环PI运算，得到U_α、U_β。根据U_α、U_β进行SVPWM变换，输出PWM控制信号，并经由FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)到达电气传动电路(14)，电气传动电路(14)依据所述PWM控制信号控制永磁同步电机运转。重复上述过程，直至电机转子位置达到给定值θ_ref。

具体的，对于电气传动实验中，电机转子速度控制为双闭环控制，电机转子位置控制为双闭环或三闭环控制实验，以永磁同步电机转子位置三闭环控制为例，如图6所示的，具体流程包括：

步骤1：用连接线把各个电路正确连接起来。

步骤2：在计算机设备(1)的实验控制界面中设定转子位置给定值θ_ref，并下载到DSP核心控制电路(2)中。

步骤3：电气传动电路(14)输出两相电流信号i_a、i_b，以及电机转子速度正交信号Speed、电机转子位置正交信号θ，并经由信号保护驱动电路(4)以及FPGA扩展电路(3)转换为数字量。

步骤4：DSP核心控制电路(2)以固定的采样周期读取步骤3得到的电流、速度和位置信息。

步骤5：控制程序中计算电机转子位置误差θ_err＝θ_ref-θ。并对θ_err进行PID等运算，得到速度给定信号Speed_ref。

步骤6：控制程序计算速度误差Speed_err＝Speed_ref-Speed。并对Speed_err进行PID等运算，得到电流控制量I_ref。

步骤7：控制程序根据i_a、i_b、I_ref、θ进行Park变换、Clark变换、双电流环PI运算，得到U_α、U_β。

步骤8：控制程序根据U_α、U_β，进行SVPWM变换，输出PWM控制信号，并经由FPGA扩展电路(3)、信号保护驱动电路(4)到达电气传动电路(14)。电气传动电路(14)控制永磁同步电机运转。

步骤9：重复步骤3到步骤8，直到电机转子位置达到给定值θ_ref。

在本实施例中，计算机设备(1)中运行Matlab/Simulink或Labview软件，所述实验控制程序直接在Matlab/Simulink或Labview中以S-Fuction函数、M文件、Simulink电路库中的电路等形式生成并被存储。例如：如图4所示的，在所述计算机设备(1)的Matlab/Simulink或Labview软件中设计了整个系统的实验操作界面，包含单相桥式半控整流实验、三相桥式可控整流实验、单相调压实验、三相调压实验、单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验、三相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验、直流斩波实验、双闭环晶闸管不可控直流调速系统实验、永磁同步电机矢量控制和三相异步矢量电机控制实验等。

通过实验控制界面对各实验电路进行可视化、图形化编程，得到所述实验控制界面。在实验控制界面上可以实时在线调整控制参数。控制程序实时采集数据，并在实验控制界面上实时显示，便于保存、分析、比较。

通过读取所述实验控制界面上的按键操作，将控制程序编译生成代码，并把代码下载到DSP核心控制电路(2)中实时运行。

本实用新型的所有实验控制程序直接在Matlab/Simulink或Labview中以S-Fuction函数、M文件、Simulink电路库中的电路等形式编写；通过实验控制界面对各实验电路进行可视化、图形化编程，得到实验控制界面，并与控制程序相连接；在实验控制界面上通过按键将控制程序编译生成代码，并把代码下载到计算机设备(1)及DSP核心控制电路(2)中实时运行，完成各实验，是一种真正数字化的实验装置。本实用新型提供实验装备与实时控制程序，可以实现多种实验验证，摒弃了之前电力电子实验单一性的缺点，具有综合性和可开发性，且适应电力电子技术和电气传动发展需要的数字化实时控制实验装置及方法，它拥有高精度的控制系统，用于综合性的电力电子和电气传动实验。且各项实验均设有实验面板，实验验证时，运行的参数、采样数据在实验控制界面上以图形的形式实时显示出来，清晰明了，便于保存、分析、比较，且每项实验的外设电路需要在面板区连线完成，方便高效，适合于本科院校高年级学生、研究生等进行研究性电力电子及电气传动实验要求。

本实用新型实施例提供的电力电子及电机拖动实验平台，通过实验平台的单相桥式半控整流电路可以完成单相桥式半控整流实验；通过单相交流调压电路可以完成单相交流调压实验；通过三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流电路可以完成三相晶闸管全(半)控桥(零)式整流实验；通过三相交流调压电路可以完成三相交流实验；通过单相交-直-交变频电路可以完成单相交-直-交变频实验；通过三相交-直-交变频电路可以实现三相交-直-交变频实验；通过直流斩波电路完成IGBT直流斩波实验；通过电气传动电路可以完成三相永磁同步电机(PMSM)传动实验、三相交流异步电机传动实验、无刷直流电机传动实验、步进电机传动实验、磁阻电机传动实验、SVPWM实验和各种算法的验证试验。相对于现有技术中，基础实验教学设备均较为简单主要架构为老旧的模拟电路，或者几乎在每个种类的实验台中都设置了一个DSP控制电路的成本较高且灵活性差的方案。本实施例实现了仅采用一块DSP芯片作为核心控制板和FPGA扩展电路的系统架构实现了基础实验教学过程中几乎所有实验科目的实验功能，提高了实验平台的综合性和集成度，节约了成本，提高了使用灵活性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。