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Electric Motor HIL Solution

E-Motor-Simulation

Die EMH (Electric Motor HIL) Solution basiert auf dem DS5202 FPGA Base Board. Sie bietet alle I/O-Kanäle, die für die HIL-Simulation elektrischer Motoren notwendig sind, zum Beispiel für die präzise digitale Erfassung dreiphasiger PMW-Signale und Positionssensorsimulation, plus mehrere digitale und analoge I/O-Kanäle. 

Überblick

Die EMH (Electric Motor HIL) Solution basiert auf dem DS5202 FPGA Base Board. Sie bietet alle I/O-Kanäle, die für die HIL-Simulation elektrischer Motoren notwendig sind, zum Beispiel für die präzise digitale Erfassung dreiphasiger PMW-Signale und Positionssensorsimulation, plus mehrere digitale und analoge I/O-Kanäle. Die Lösung kombiniert alle Features der DS5202 PWM und PSS Solution mit vielen zusätzlichen Mehrzweckkanälen und ermöglicht effizientes Testen elektronischer Steuergeräte für E-Motoren auf einem einzigen I/O-Board.

Vorteile

Die DS5202 EMH Solution ermöglicht in Kombination mit einem Simulationsmodell die Messung der Signale von bis zu 2 elektrischen Maschinen mit jeweils bis zu 8 IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)-Steuersignalen. Drei Bedienmodi stehen zur Auswahl: Software-Polling, externe Interrupt-Quelle und interne pulsmittensynchrone Interrupt-Generierung, d.h. die Taktgenerierung basierend auf den gemessenen PWM-Signalen, um Motorklopfen zu vermeiden. Die Stromrückkopplungssignale für das Steuergerät können mit Hilfe der schnellen analogen Ausgangskanäle des Boards simuliert werden. Bei der Positionssensorsimulation ist das Board mit vier unabhängigen APUs (Angular Processing Unit) ausgestattet, die die Winkelgeschwindigkeit vom Modell empfangen und das Positionssignal berechnen. Da jede APU eine Abtastzeit von 25 ns hat, verfügt das Positionssignal über eine hohe Zeit- und Winkelauflösung.

Technical Details – PWM Measurement

Parameter Specification
Number of channels
  • 16
Resolution
  • Max. 12.5 ns (80 Mhz) - 400 ns (adjustable)
Center-aligned capture groups
  • 2 (each group has 8 channels)
Input voltage range
  • 0 ... +30 V
Adjustable thresholds
  • +1 ... +8.5 V
Input resistance
  • 24 kΩ
Protection ±50 V

Technical Details – Position Sensor Simulation APU (Angular Processing Unit)

Parameter Specification
Number of independent APU units
  • 4
APU angle precision
  • 32 bit
APU update rate
  • 25 ns / 40 MHz
APU speed range
  • Up to ±292,969 rpm

Analog Sensor Simulation

Parameter Specification
Number of Analog Sensors
  • 1
Sensor types
  • Resolver, sine encoder, user defined waveform
Number of pole pairs
  • 1 ... 16,383
Adjustable angle offset
  • -360 ... +360°
Resolver accuracy
  • 0.1° (depending on the settings)
Resolver transformation ratio
  • 0 ... 16 (typ. 0.5)
Resolver Failure Simulation Additional delay for resolver
feedback signals Amplitude error (dos ... degradation of signal)
Phase error (lot ... loss of position tracking)
  • Up to 409.6 µs
  • -100 ... +100%
  • -90 ... +90°
User defined waveform resolution (16,384 values)
  • 0.02197°
Analog Input (Resolver Excitation Input)
Input range Resolution Sampling rate
Protection Resolver excitation-coil simulation
  • 1 channel
  • ±30 V (differential)
  • 14 bit pipelined
  • 10 MSPS
  • ±50 V n 220 Ω / 2 W
Analog Output (Cosine / Sine)
Output range Resolution
Sampling rate
Output mode
Protection
  • 2 channels
  • ±10 V single ended (±20 V differential / transformer mode)
  • 12 bit (of user specified output range)
  • 10 MSPS n Transformer or direct output
  • ±50 V
Analog Output (Index)
Output range
Resolution
Sampling rate
Output mode
Protection
  • 1 channel
  • ±10 V single ended (±20 V differential)
  • 12 bit
  • 10 MSPS
  • Direct output (with inverted output stage)
  • ±50 V

Digital Sensor Simulation

Parameter Specification
Number of digital sensors
  • 1 (+3 independent angle based outputs)
Sensor types
  • TTL encoder, hall encoder, user defined waveform; (+3 independent angle-based outputs)
Number of pole pairs
  • 1 ... 16,383
User defined waveform resolution (8,192 values)
  • 0.0439°
Digital Output Output range
Sample rate Output current Protection
  • 6 channels (3 channels with inverted output stage)
  • 0 ... +5V n 25 ns / 40 MHz n 20 mA n

Serial Sensor Simulation

Parameter Specification
Number of serial sensors
  • 1
Sensor types
  • SSI-Encoder, Hiperface Encoder, EnDAT Encoder
Number of multi turn bits
  • 0 to 14
Number of single turn bits
  • 1 to 18
RS485 Maximum data rate Protection
  • 2 full-duplex channels
  • Up to 10 Mbps
  • ±50 V

Technical Details – Multipurpose Channels

Parameter Specification
Analog outputs
  • 6 channels; ±10 V output voltage range; 12 bit; 10 MSPS; differential; Protection ±50 V
  • 1 channel; ±10 V output voltage range; 14 bit; 1 MSPS; single ended; Protection ±50 V
  • 3 channels; ±10 V output voltage range; 12 bit; 10 MSPS; Protection ±50 V; shared with analog sensor simulation
Analog inputs
  • 4 channels; ±30 V input voltage range; 16 bit; 1 MSPS; differential; Protection ±50 V
  • 2 channels; ±30 V input voltage range; 14 bit; 10 MSPS; differential; Protection ±50 V; shared with resolver simulation
Digital inputs
  • 1 channel; 0 ... +30 V; Protection ±50V
  • 16 channels; 0 ... +30 V; Digital or standard PWM inputs; 12.5 ns (80 MHz) resolution; Protection ±50 V; shared with center aligned PWM measurement units
  • Global adjustable threshold voltage +1 ... +8.5 V
Digital outputs
  • 10 channels; 0 ... +5V output voltage range; Protection ±50 V
  • 6 channels; 0 ... +5 V output voltage range; Protection ±50 V; shared with digital sensor simulation
  • 3 channels; 0 ... +5 V output voltage range; Protection ±50 V; shared with digital sensor simulation; Mode: Digital out or PWM out (25 ns resolution)
RS485
  • LTI ServoOne TWINsync; 4 Mbaud; (To control a ServoOne inverter by
    dSPACE real-time hardware; shared with serial sensor simulation)
    Prepared control modes: PWM control; Torque control; Speed control; Position control

Ein typischer Anwendungsfall ist die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation, bei der ein Elektromotor einschließlich Leistungsendstufe mit der modularen dSPACE Echtzeit-Hardware simuliert wird. Um die elektrischen Komponenten zu simulieren, kommen Simulationsmodelle der dSPACE ASM Electric Components Library zum Einsatz. Die Gate-Treibersignale (typischerweise PWM-Signale) stammen von einem Controller und werden von der DS5202 EMH Solution gemessen. Die berechneten Motorstromsignale werden in Form analoger Spannungssignale, die auch die DS5202 EMH Solution bereitstellen kann, zurück an den Controller übertragen. Zusätzlich stellt die DS5202 EMH Solution die notwendigen Positionssignale für das Steuergerät zur Verfügung.

Grundlegende Informationen