FPGA-basierte Simulation von elektrischen Antriebssystemen leicht gemacht:
Mit der XSG Electric Components Library können Sie elektrische Antriebssysteme mit höchster Dynamik und Präzision simulieren.
Ultraschnelle Simulation
Nanosekunden-Schrittweite für Modellausführung mit weniger als 1 µs Pin-to-Pin-Loop-Zeit
Benutzerfreundlichkeit
Modellparametrisierung zur Laufzeit ohne FPGA-Synthese
Offene Modellarchitektur
Schlüsselfertig, kein FPGA-Expertenwissen erforderlich
Umfassende Modelle
Elektrische Maschinen, Leistungselektronik, Positionssensoren und Mechanik inklusive
Was ist XSG Electric Components Library?
Die XSG Electric Components Library bietet offene Modelle für 3-Phasen-Elektromaschinen, Leistungselektronik, Positionssensoren und grundlegende Mechanik für die Simulation in Nanosekundenschritten auf FPGA-Plattformen. Dank der Parallelisierungsmöglichkeiten des FPGAs können höchste Dynamik und Positionssensor-Kommunikationsprotokolle simuliert werden.
Die ebenfalls enthaltenen prozessorbasierten Reglermodelle und FPGA-Schnittstellenblöcke ermöglichen die Simulation umfangreicher Antriebssysteme. Sowohl Open-Loop- als auch Closed-Loop-Simulationen können einfach implementiert und zur Laufzeit konfiguriert werden. So können Sie das volle Potenzial Ihrer Modelle in vielseitigen Szenarien nutzen, die von Rapid Controller Prototyping (RCP) bis hin zu Hardware-in-the-Loop (HIL) und Power-Hardware-in-the-Loop (PHIL) reichen.
Anwendungsbereiche der XSG Electric Components Library
Die Modelle aus der XSG Electric Components Library eignen sich für eine breite Palette von Anwendungen während des gesamten Entwicklungsprozesses, von der Optimierung Ihrer Regelung anhand detaillierter Streckenmodelle bis hin zum abschließenden Test Ihrer Regelungs- und Umrichter-Hardware auf einem Power-Hardware-in-the-Loop-Prüfstand.
Beispiele für Anwendungsbereiche:
- Automotive (Traktionsantriebe sowie Hilfsantriebe)
- Nutzfahrzeuge
- Bahnindustrie
- Industrieanwendungen
-
Elektrowerkzeuge
Elektrische Maschinen
Diese Bibliothek ist unsere Standardlösung für die Simulation von dreiphasigen elektrischen Maschinen. Alle Maschinen werden mit den aus der Literatur bekannten Grundgleichungen, z. B. alpha/beta- oder d/q-Bezugsrahmen, nachvollziehbar modelliert.
Die in der Bibliothek enthaltenen Maschinen:
- Getrennt erregte Gleichstrommaschine (DC)
- 3-Phasen-bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC)
- 3-Phasen-Asynchronmotor mit Käfigläufer (SCIM)
- 3-Phasen-Synchronmaschine mit Fremderregung (SESM)
-
3-Phasen-Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM)
Nichtlineare PMSM-Modelle
Nichtlineare Modelle für Permanentmagnet-Synchronmaschinen (PMSM) sind enthalten, wobei Induktivitäten und Flusswerte aus 2D-Look-up-Tabellen abgeleitet werden. Diese Modelle bieten eine detaillierte und genaue Darstellung des Verhaltens der Maschine unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wobei Sättigungseffekte des Magnetkreises berücksichtigt werden. Sie gewährleisten eine präzise Simulation und Analyse und ermöglichen eine optimierte Leistung und einen effizienten Arbeitsablauf in praktischen Entwicklungs- und Testszenarien.
Positionssensormodelle
Es sind Modelle zahlreicher konventioneller Positionssensoren enthalten, z. B. Resolver, Sinus, Hall-Sensor und TTL-Encoder. Darüber hinaus werden protokollbasierte Drehgeber wie SSI-, EnDat-, HIPERFACE- und BiSS-Drehgeber mit umfassender Protokollunterstützung modelliert, so dass Sie zusätzliche Funktionen wie OEM-Speicher oder elektronische ID-Etiketten in Ihre Echtzeitsimulation und Ihren Software-Test implementieren können.
Offene Modellarchitektur
Die Bibliothekskomponenten sind ohne FPGA-Expertenwissen einsatzbereit, um einen effizienten und schlanken Arbeitsablauf zu unterstützen. Alle Modelle sind jedoch in einer offenen Architektur implementiert, so dass Sie vollen Zugriff auf alle Berechnungsschritte und Gleichungen haben. Dieses Setup ermöglicht eine schnelle Modellerstellung mit der Möglichkeit von benutzerspezifischen Erweiterungen ohne zusätzlichen technischen Support.
Einsatzfertige ControlDesk-Instrumente
Erleben Sie die nahtlose Integration mit unseren vordefinierten, sofort einsatzbereiten, für ControlDesk entwickelten Instrumenten. Mit einem einfachen Drag-and-Drop-Vorgang können Sie jeden Aspekt Ihres elektrischen Antriebssystems mühelos visualisieren und parametrisieren. Verabschieden Sie sich von langwierigen Rüstzeiten und komplexen Vorbereitungen. Unsere intuitive ControlDesk-Benutzeroberfläche sorgt dafür, dass Sie in kürzester Zeit testbereit sind, damit Sie sich auf das Wesentliche konzentrieren können.
Ultraschnelle Simulation und Überabtastung
Durch die Optimierung für unsere FPGA-Architektur sind Modellausführungsschritte kleiner als 200 ns möglich. Dies ermöglicht die exakte Simulation von PWM-Effekten einschließlich Stromwelligkeit. Durch solch kleine Schrittgrößen gewährleistet die Simulation die höchste zeitliche Auflösung und eine genaue Darstellung des dynamischen Verhaltens, was für die Entwicklung und den Test anspruchsvoller Regelungsstrategien entscheidend ist.
Echtzeitfähige Umrichtermodelle
Verschiedene echtzeitfähige Modelle gängiger 2-Level- und 3-Level-Umrichterarchitekturen sind für die Simulation auf Signalebene enthalten. Die Modelle bieten Funktionen zur Simulation von DCM (Discontinuous Conduction Mode)-Szenarien, regenerativen Betriebspunkten, Floating-Phase-Situationen und physikalisch korrekten Schaltverlusten. Als Standard-Schaltelemente können IGBTs und MOSFETs entsprechend dem realen physikalischen Gegenstück in Ihrer Anwendung ausgewählt und parametriert werden.
Schnelle Pin-to-Pin-Loop-Zeit
Bei der Durchführung von Hardware-in-the-Loop-Tests ist eine schnelle Systemreaktion des Testaufbaus von entscheidender Bedeutung, um die Realität so genau wie möglich nachzubilden. Die optimierte Implementierung der Bibliothekskomponenten in Kombination mit der dSPACE Hardware ermöglicht eine Pin-to-Pin-Loop-Zeit von etwa 1 µs. Das bedeutet, dass die Reaktion des Systems auf einen Stimulus an einem Eingangspin innerhalb einer Millionstel Sekunde an dem entsprechenden Ausgangspin messbar ist.
Fließkomma- und Festkommaimplementierungen
Mehrere Modelle sind als Fließkomma- und Festkommaimplementierungen erhältlich, um Ihren Anforderungen am besten gerecht zu werden. Festkommamodelle sind ideal, wenn Simulationsgeschwindigkeit und minimaler Ressourcenverbrauch oberste Priorität haben, denn sie bieten effiziente Leistung bei reduziertem Rechenaufwand.
Wenn Sie hingegen die höchste numerische Auflösung und eine unübertroffene Simulationsgenauigkeit benötigen, sind Fließkommaimplementierungen die optimale Wahl. Diese Modelle bieten detaillierte und exakte Darstellungen, die eine hohe Abbildungsgüte bei Ihren Simulationen gewährleisten.
Konfigurierbarkeit zur Laufzeit
Die XSG-Electric-Components-Modelle müssen nur einmal für das FPGA synthetisiert werden. Sobald das Synthetisierungsergebnis – der FPGA-Container – zur Verfügung steht, können alle Parameter und die Look-up-Table-Daten zur Laufzeit über eine eigene Prozessorschnittstelle konfiguriert werden. So können Sie das Modellverhalten bei Bedarf durch Parametrisierung aktualisieren, ohne dass eine zeitaufwendige FPGA-Synthese erforderlich ist.
Darüber hinaus kann der FPGA-Container auf beliebig viele dSPACE Systeme mit der gleichen FPGA-Konfiguration geladen werden und bietet so die Möglichkeit, Arbeitsschritte in Ihrem Test-Workflow zu parallelisieren.
Attraktive Lizenzvergabe
Sobald ein Simulationsmodell mit der XSG Electric Components Library entwickelt wurde, kann ein FPGA-Container synthetisiert werden. Der vorsynthetisierte Container kann dann auf mehreren Simulatoren mit unserem attraktiven Laufzeitlizenzangebot verwendet werden, um die Kosten für Ihre Testorganisation so gering wie möglich zu halten.
Durchgängigkeit
Etablierte und standardisierte Schnittstellen zwischen den dSPACE Produkten ermöglichen eine nahtlose Integration der XSG Electric Components Library in unser Software-Ökosystem für Test und Validierung. Verbessern Sie den Detaillierungsgrad Ihrer Simulation mit zusätzlichen Komponenten aus anderen FPGA- oder Prozessorbibliotheken des dSPACE Portfolios. Oder verbessern Sie Ihre Testabläufe und Testtiefe, indem Sie die Bibliothek mit Komponenten aus unserem Testautomatisierungsportfolio kombinieren.
Komponenten der Bibliothek
Motormodelle
- Getrennt erregte Gleichstrommaschine (DC)
- 3-Phasen-bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC)
- 3-Phasen-Asynchronmotor mit Käfigläufer (SCIM)
- 3-Phasen-Synchronmaschine mit Fremderregung (SESM)
- 3-Phasen-Permanentmagnet-Synchronmaschine (PMSM)
Modelle der Leistungselektronik
- 2-Pegel-Umrichter mit Unterstützung für diskontinuierlichen Leitungsmodus (DCM)
- 3-stufiger aktiver neutralpunktgeklemmter Umrichter (ANPC)
- 3-stufiger neutralpunktgeklemmter Umrichter (NPC)
Positionssensormodelle
- TTL
- Sinus
- Hall
- Resolver
- Synchro
- SSI
- EnDat
- HIPERFACE
- BiSS
Versorgungskabelmodell
- Leitungsmodell (beinhaltet/aktiviert die Simulation von Kabelbruch)
Mechanikmodell
- Einfaches mechanisches Modell (mit Massenträgheit, viskoser Reibung und offenem Regelkreis)
Reglermodelle
- Prozessorbasierte Regler für die Steuerung elektrischer Maschinen
Benutzerdefinierte Instrumente für ControlDesk
- Standardisierte und sofort einsetzbare Instrumente für ControlDesk
Informationsvideos
Fortgeschrittene Anwendungen
Haben Sie anspruchsvollere Anwendungen mit komplexen Anforderungen, die von der XSG Electric Components Library nicht abgedeckt werden? Sie suchen Modelle für stark nichtlineare elektrische Maschinen mit Temperaturabhängigkeit und räumlichen Oberschwingungen?
Werfen Sie einen Blick auf unser Engineering-Service-Angebot für das XSG Generic Drive Model – Auf Basis der XSG Generic Drive Model Simulation Engine stellen wir Ihnen anspruchsvolle Echtzeitmodelle von elektrischen Maschinen zur Verfügung, die speziell auf Ihre Bedürfnisse und Anwendungen zugeschnitten sind. Zusätzliche Features, die in diesen Modellen berücksichtigt werden können:
- Integration verschiedener Umrichtertopologien möglich
- Mehrphasige elektrische Maschinen (≥3 Statorphasen) jeglicher Art – PMSM, SCIM, SRM usw.
- Optionale Verwendung fluss- oder strombasierter (induktivitätsbasierter) Modellimplementierungen
- Darstellung eines beliebigen Wicklungsschemas – Stern, Dreieck, Open-End-Wicklung usw.
- Magnetische Kreuzkopplungseffekte
- Räumliche Oberschwingungen und Rastmoment
- Abhängigkeiten von der Temperatur
- Elektrische Fehlersimulation
- Parametrisierung aus FEA-Daten
- Grafische Benutzeroberfläche für die Modellparametrisierung und -verwaltung
- Bereit für HIL- und P-HIL-Szenarien
FPGA-Schulung
Sind Sie neu auf dem Gebiet der FPGA-basierten Simulation oder möchten Sie die Methodik auffrischen? Zusätzlich zu unseren Modellbibliotheken bieten wir Schulungen zu Werkzeugen, Methoden und dSPACE Produkten an:
Engineering Services
Sie haben nicht gefunden, wonach Sie gesucht haben? Unser Engineering Service bespricht gerne mit Ihnen Ihren Anwendungsfall und kann Ihnen maßgeschneiderte Implementierungen und technische Dienstleistungen anbieten.
