【MPS的社会责任】2023 产学合作协同育人项目成果展示 （二）

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在国家教育部高等教育司的指导下，MPS 公司开展的“产学合作协同育人项目” 已进行了四年。四年来，MPS 公司汇聚行业资源，围绕产业的最新技术和解决方案，支持全国高校人才培养和专业综合改革，深化产教融合、产学合作、协同育人，共同推进科技前沿创新，联合培养了一流创新型和实践型的人才，产出了一系列优秀的项目成果。

本篇为大家展示的是上海大学杨影老师的项目成果。

1. 项目背景

《运动控制系统》是电气工程及其自动化专业的核心课程，是学生培养体系中“理论到实践”的探究型桥梁课程，因此实践是该课程的重要教学环节，可以加强学生的对基本理论的认识，培养学生的实践操作与研究能力。现有实验教学基于模拟控制的标准化实验台完成，与数字控制融合不足，且无法满足学生探究型学习需要。

通过引入 MPS 电机驱动和磁编码器产品，搭建直流调速系统小型化数字控制实验平台，使学生更好掌握数字控制调速系统的构成和设计方法，并通过代码自动生成与仿真实践有机融合，开展探究型学习，培养学生高阶学习能力。

2. 项目内容

建立以 MP1584作为DCDC降压芯片、MP6515作为驱动芯片、磁编码器MA732 作为测速元件的直流电动机调速系统硬件实验平台；控制器为TI TMS320F2833，基于模型设计（Model-Based Design）自动生成控制代码，与直流电动机仿真实践平台实现有机融合。同时设计相应上位机，能够实时观察电机转速和电流、发送控制指令和在线调试PID参数。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

功率驱动板采用24V开关电源供电， MP1584将24V电压降为3.3V给控制板和MA732供电。MP1584为高频降压变换器，4.5-28V的宽电压输入范围，1.5MHz的开关频率可有效降低EMI噪声问题。

图2 MP1584用于电压转换

直流电机驱动芯片采用MP6515，其内部集成H桥驱动和电流检测电路。安全功能包括过流过压、欠压和过热保护。MP6515作为24V直流电机的驱动芯片，同时能够实现电流检测，通过检测VISEN端口电压，经控制器ADC采样处理后得到电流，用作电流闭环反馈。逻辑控制简单，对PHASE端口附高低电平，实现H桥开关器件的控制。

图3 MP6515用于直流电机驱动和电流检测

MA732通过对电机轴永磁体相位检测获取转子位置，进而计算出转速，具有SPI、ABZ和PWM三种信号获取方式。本项目使用ABZ正交编码功能，测量AB两相脉冲边沿个数，采用M法计算电机转速。

图4 MA732用于转速计算

图5 直流电机驱动板PCBA

学生使用Simulink对直流电机闭环控制做精确建模仿真，通过仿真学习直流电机闭环控制，观测不同控制器参数下电机的动态响应性能，后根据仿真模型生成控制代码用于直流电机控制实验。通过仿真与实验的有机结合，提高学生探究型实验能力。

图6为直流电机控制自动代码模型，分为控制部分，感测计算和通信。控制部分主要包括转速电流闭环PID控制器和输出PWM信号的配置。感测计算为电流和转速的采样和计算，对驱动芯片MP6515的VISEN端口ADC采样计算后得到电机电流，对MA732的ABZ输出脉冲进行边沿检测，获取电机转子位置，微分滤波后得到电机转速。通信为SCI异步串行通信，配置与上位机模型的通信波特率和中断，发送转速电流等电机运行参数，同时接收上位机模型的各种指令信号。

图6 直流电机控制自动代码模型

图7为上位机模型，与直流调速实验系统进行交互。左侧为电机转速交互模块，数据接收部分为转速、电压和电流的实时显示，数据发送部分可控制电机的启停和PID参数的在线调试，右侧为根据接收到的转速和电流数据绘制波形窗口。

图7 直流电机控制上位机模型

图8为转速和电流实验波形图。

3. 项目总结

利用此项目成果，在直流电机数字控制实验中，可以规避手写控制算法代码和配置底层代码。利用Simulink模型生成控制代码，使得实验流程简单化，图形化，学生可以专注于算法设计，而不过分关注底层配置。利用代码生成实验平台进行直流电机数字控制实验，有效提高学生的实践能力综合应用能力。

欢迎各大高校师生加入MPS产学合作协同育人项目，校企共发展、协作育新人！

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