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Accexp混合電動(dòng)車(chē)電機(jī)控制器硬件在環(huán)測(cè)試
2017-04-12
一， 含電力電子開(kāi)關(guān)器件的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)
混合電動(dòng)車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)最大的不同就是在汽車(chē)傳動(dòng)部分除了傳統(tǒng)的汽油引擎外，它還有一個(gè)或幾個(gè)大的永磁同步電機(jī)來(lái)配合汽油引擎工作，比如在城市路況、啟停頻繁的時(shí)候，燃油效率低，這時(shí)候可以讓汽油引擎不工作，只用電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。
混合電動(dòng)車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與電機(jī)部分抽象框圖
在這個(gè)案例里，客戶希望能搭建一個(gè)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)控制器的自動(dòng)化測(cè)試。同傳統(tǒng)只含連續(xù)器件, 如變壓器，電抗器等，的系統(tǒng)不同，要仿真含高速開(kāi)關(guān)的電力電子器件的系統(tǒng)需要有非常小的仿真步長(zhǎng)（或者說(shuō)是非常高的仿真速率），比如要準(zhǔn)確的仿真上圖中含IGBT橋的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，我們常常需要將仿真步長(zhǎng)設(shè)置在幾個(gè)微妙這個(gè)數(shù)量級(jí)。而傳統(tǒng)用來(lái)驗(yàn)證勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、繼電保護(hù)裝置的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真中，我們往往只需要將仿真步長(zhǎng)設(shè)置在50到100微妙這個(gè)量級(jí)。在幾個(gè)微妙的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)輸入信號(hào)的讀取、模型的積分、輸出信號(hào)的更新這樣一個(gè)典型的仿真循環(huán)對(duì)基于CPU的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)基本上是一個(gè)無(wú)法完成的艱巨任務(wù)
二， 基于NI FPGA硬件平臺(tái)的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)
Accexp提供的其中一種解決方案是將模型實(shí)現(xiàn)到FPGA上去，這樣輸入信號(hào)的讀取、模型的積分、輸出信號(hào)的更新都全部在FPGA上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)利用FPGA的并行性來(lái)縮短模型更新的時(shí)間，同時(shí)FPGA系統(tǒng)既沒(méi)有CPU與I/O板卡通信的額外開(kāi)銷(xiāo)，也沒(méi)有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（FPGA是純硬件實(shí)現(xiàn)）而引起的額外時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，使得滿足幾個(gè)微妙這樣苛刻的實(shí)時(shí)限制成為可能。整個(gè)硬件在環(huán)測(cè)試的系統(tǒng)框圖如下：
Accexp的工程師與NI日本的合作伙伴，MacSystems，合作，一起給最終客戶提供了一套基于NI PXI硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。NI公司的PXI平臺(tái)是個(gè)工業(yè)用的測(cè)試與控制平臺(tái)，一個(gè)PXI機(jī)箱上有PXI控制器，以及板卡插槽用來(lái)插各種類(lèi)型的板卡。PXI的板卡中有基于FPGA的R系列板卡，R系列板卡上帶有Xillinx公司的FPGA，同時(shí)它還配有模擬I/O與數(shù)字I/O。
在本文介紹的案例中，我們主要就是利用這樣一個(gè)PXI 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)受控對(duì)象的高速實(shí)時(shí)仿真，Accexp的工程師主要負(fù)責(zé)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的建模，以及模型在PXI的FPGA板卡上的實(shí)現(xiàn)。 實(shí)際硬件測(cè)試系統(tǒng)如下:
電機(jī)控制器硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)
電機(jī)控制器硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)
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