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電車の電力機器のHILテスト

グリッドインターフェース、Electric Drive、およびパワーエレクトロニクス向けコントローラのテスト

電車はさまざまなコンポーネントやシステムで構成されています。Electric Driveやその他の電力機器コンポーネントの数は、電動車両の数に応じて大きく異なります。通常の列車の用途では、多数のI/Oチャンネルを使用して仮想テスト環境全体を構築することが必要となります。スケーラビリティやタイミングの要件を満たすうえで、テストソリューションを調整できることも重要です。システムの複雑度や動作を確認できる時間の制限も考慮すると、テストの大半をラボで快適に実行できることは大きな利点です。

適用分野

  • トラクションコンバータ
  • 補助コンバータ(オンボード電源)
  • バッテリの充電
  • 主変圧器、整流器、およびエネルギーの配給を含む電源接続

要点

  • 個々のコンポーネントに合わせたテストシステムの調整
  • 単一のコンポーネントからバーチャルトレインにまで拡張することが可能
  • 複数の並列モーターのサポート
  • 多数のパワーエレクトロニクスの統合
  • 大規模なシミュレーションモデルに対応するマルチコアアプリケーション
  • 多数のI/Oチャンネル
  • FPGAプリプロセス処理およびI/Oアクセスの最適化により、プロセッサベースシミュレーションのサイクルタイムを大幅に短縮
  • FPGAベースおよびプロセッサベースのシミュレーションプラットフォームの相互作用
  • 電気回路図の作成による電力機器のシミュレーション
  • XSG Utils LibraryのI/OファンクションライブラリとDS2655 FPGA Base Boardの柔軟なI/Oにより、ユーザ固有のI/O設定を使用したI/Oボードの設計が可能

マルチプロセッサシステムのサポート

2台以上のSCALEXIOプロセッサユニットを連結すると、処理能力が増大し、大規模なテストシステムに対応することができます。十分な帯域幅を確保するため、システムはIOCNET経由で接続します。設定ソフトウェアであるConfigurationDeskにより、包括的なプロジェクトを1つ作成するだけで、容易なモデリングを実現できます。

調整可能なI/O

DS2655 FPGA Base BoardはI/Oモジュールを使用して拡張することができるため、総合的なI/O要件に対応することができます。右のシミュレータセットアップ例には、30のI/Oモジュールと3つのプロセッサユニットを備えた6つのDS2655が含まれています。システム全体では、Hypertacコネクタによって利用できる500以上のI/Oチャンネルが提供されています。演算処理性能とIOCNETの卓越したI/Oアクセスにより、20 µsを下回るサンプル時間(2xサンプル時間を下回る入力から出力までのレイテンシ)でシミュレーション全体を実行することができます。SCALEXIOシステムは、dSPACEエンジニアリングサービスを通じて、すべてのプロジェクト要件に合わせて調整することが可能です。

モーターの制御とシミュレーション

新しいDS2655M2 Digital I/O Moduleは、32個のデジタルI/Oチャンネルが追加されたDS2655 FPGA Base Boardを搭載しているため、位置センサなどのデジタル信号をより多く取得したり生成したりすることができます。I/Oチャンネルは、RS232ベースおよびRS485ベースの通信の送信側または受信側として設定することもできます。そのため、適切なFPGAベースのプログラミングを用いれば、SSL、EnDat、HIPERFACEなどのプロトコルベースの位置センサや、インクリメンタルエンコーダなどのデジタルエンコーダをシミュレートすることができます。FPGAは、使用事例に応じてXilinx® System Generatorでプログラミングされます。また、dSPACE FPGA Programming Blocksetで生成されたFPGAアプリケーションはdSPACE ConfigurationDeskに容易にインポートできるため、SCALEXIOシステム全体をグラフィカルに設定することが可能です。DS2655 FPGA Base Boardは、リボンケーブル経由で最大5個のI/Oモジュールに接続できるため、チャンネル数を必要に応じて柔軟に設定できます。

同期化

サンプル時間が短いため、ジッタの影響は可能なかぎり低減させる必要があります。同期化については、さまざまな手法がI/Oチャンネルの要件に応じて利用可能です。ゲートドライバを取得するためにモジュールを含む2枚以上のDS2655 FPGA Base Board間のジッタを最小化させる場合には、適切なI/Oチャンネルを介してスタックを相互に同期させます。これにより、2つのFPGAクロックのジッタによって複数のボードを同期させることができます。

The SCALEXIO EMH Solution provides a ready-to-use FPGA application with a comprehensive I/O library for processor-based HIL simulation of electric motors. You can use it to configure the simulation of up to two electric motors on one DS2655 FPGA Base Board from within ConfigurationDesk. Thanks to the predefined function blocks, you no longer have to program or generate FPGA code. The fast I/O of the DS2655M1 Multi-I/O Module and the integrated angular processing unit (APU) with a resolution of 8 ns let you use high-resolution I/O to measure applications in the areas of pulse width modulation (PWM) and position sensor simulation (PSS). The variable I/O channel mapping and the flexible support of up to five DS2655M1 Multi-I/O Modules let you tap the hardware’s full potential. You do not have to replace hardware to switch from processor-based simulation to FPGA-based simulation. You can simply continue to use the existing hardware system.

Flexible Adaptation

Controlled electric drives are a key technology in numerous engineering applications. Therefore, handling a large number of applications requires a high degree of flexibility, especially for servo controllers in industrial automation. And with all the possible configuration options for the servo controller software, there is a high number of variants, entailing an enormous testing workload. As the necessary controlled systems and real parts can be replaced by simulation models, setups and changes of the test scenario can be done quickly. With automated testing on a HIL simulator, these tests are then accelerated significantly. In addition to the servo controller, you can also test the energy management system if a regenerative unit is part of your system. For this, dSPACE offers simulation models for grid simulation.

Main Functions

  • Position Sensor
  • Simulation (PSS)
  • Resolver Out
  • Sine Encoder Out
  • Incremental
  • Encoder Out
  • Hall Encoder Out
  • Analog Wavetable
  • Encoder Out
  • Digital Wavetable
  • Encoder Out
  • Pulse Width Modulation 
  • Six-Channel PWM In
  • Single-Channel PWM In
  • Single-Channel PWM Out
  • Basic I/O Functions 
  • Multi-Bit In
  • Multi-Bit Out
  • Multi-Voltage In
  • Multi-Voltage Out