For a better experience on dSPACE.com, enable JavaScript in your browser. Thank you!

Electric Motor HIL Solution

Prozessorbasierte 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 Antriebe 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-Antriebe 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:

  • Up to 409.6 µs

Amplitude error (dos - degradation of signal):

  • -100 ... +100%

Phase error (lot - loss of position tracking):

  • -90 ... +90°
User defined waveform resolution (16,384 values)
  • 0.02197°

Analog Input (Resolver Excitation Input)

  ​

Channels:

  • 1 channel

Input range:

  • ±30 V (differential)

Resolution:

  • 14 bit pipelined

Sampling rate:

  • 10 MSPS

Protection:

  • ±50 V

Resolver excitation-coil simulation:

  • 220 Ω / 2 W
Analog Output (Cosine / Sine)

Channels:
  • 2 channels
Output range:
  • ±10 V single ended (±20 V differential / transformer mode)
Resolution:
  • 12 bit (of user specified output range)
Sampling rate:
  • 10 MSPS
Output mode:
  • Transformer or direct output
Protection:
  • ±50 V
Analog Output (Index)

Channels:
  • 1 channel
Output range:
  • ±10 V single ended (±20 V differential)
Resolution:
  • 12 bit
Sampling rate:
  • 10 MSPS
Output mode:
  • Direct output (with inverted output stage)
Protection:
  • ±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 

Channels:
  • 6 channels (3 channels with inverted output stage)
Output range:
  • 0 ... +5V
Sample rate:
  • 25 ns / 40 MHz
Output current:
  • 20 mA
Protection:
  • ±50 V

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

Channels:
  • 2 full-duplex channels
Maximum data rate:
  • Up to 10 Mbps
Protection:
  • ±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)

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 Kontakt zu dSPACE