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車両駆動モーターのHILシミュレーション

モーター用コントローラの信号レベルでのテスト

信号レベルでは、Electric Drive制御ユニットの内部インターフェース、すなわちゲート駆動信号および電流変換器信号にテストシステムを接続します。この際、すべてのパワーエレクトロニクスデバイスをテスト対象デバイスから切り離します。この手法により、最大限の拡張性とモデルへのフルアクセスが可能になります。この例では、SCALEXIOを使用したFPGAベースのシミュレーションについて説明しています。通常、FPGAベースのシミュレーションが使用されるのは、極めて高速な演算が必要な場合です。
高速な演算が不要な場合は、モーターのシミュレーションテストをSCALEXIOを使用してプロセッサベースで実施することもできます。この場合、モーターおよびインバータのモデルの計算は、SCALEXIOを使用してSCALEXIOプロセッサユニット上で行われます。

適用分野

  • 次のようなパワートレイン向けのモーターECUのテスト:
    • ハイブリッドカーおよび電気自動車
    • 燃料電池車
  • より高い基本周波数のシミュレーションや安定性の向上のために高い精度が必要となるその他すべてのモーターコントローラのテスト
  • 電動パワートレインの開発
  • オフハイウエイ車両の開発

要点

  • PWMスイッチング周波数に応じた非常に高いオーバーサンプリングレート
  • PWMの同期化が不要
  • 電流リップル(PWM効果)のシミュレーション
  • ユーザによるプログラミングが可能なFPGAを使用した高速な信号処理
  • モーターおよびインバータモデルをFPGA上で実行
  • すべての一般的なモーターおよびセンサに対応した既製のオープンなFPGAモデル
  • FEMベースのパラメータ設定(JMAGなど)による非線形性効果
  • 500 ns未満のサンプル時間により、最高品質のシミュレーションを実現
  • ゲート駆動信号をFPGAベースで取得
  • 電流および位置センサ信号のFPGAベースでのシミュレーション
  • 使いやすくグラフィカルなシステム設定

DS2655 FPGA Base Boardは、モーターのHILシミュレーションなど、高速で高分解能な信号処理を必要とする用途向けに設計されています。このボードには、自由にプログラミング可能な強力なFPGAであるXilinx Kintex-7 160TまたはKintex-7 410Tが搭載されています。I/Oチャンネルを取り込むため、最大5つのI/Oモジュールをボードに接続できます。DS2655は、XSG Electric Component Libraryと組み合わせて使用することで、コントローラとのクローズドループ制御環境におけるモーターシミュレーションに必要な高速な応答時間を実現します。

DS2655のI/Oチャンネルを拡張するために、DS2655M1 Multi-I/O ModuleとDS2655M2 Digital I/O Moduleの2つのI/Oモジュールを利用することができます。この2つのモジュールは、Electric Driveなどのアプリケーションに必要な多数のデジタルおよびアナログI/Oチャンネルを提供します。

ソフトウェアベースのFPGA設定

HILシミュレーションに対応したSCALEXIOシステムでは、さまざまなタイプのコンバータおよびモーターに接続できる幅広いI/Oハードウェアを提供しています。Xilinx System Generatorを使用すると、DS2655 FPGA Base BoardのFPGA向けのアプリケーションをプログラミングすることができます。また、RTI FPGA Programming Blocksetにより、I/Oおよびプロセッサへアクセスできるようになります。プログラムはConfigurationDesk経由でFPGAにダウンロードすることができます。
プログラムは、リアルタイムハードウェアに実装する前にオフラインシミュレーションでテストすることができます。これにより、新しいインターフェースへの対応やサブモデルの高速な実行など、新たな要件にも柔軟に対応することができます。

非常に高い精度とそれに対応する高いサンプリングレートが要求されるモーター制御アプリケーションのシミュレーションでは、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)に基づく高速な計算処理が必要となります。XSG Electric Component Models(クローズドループシミュレーションコンポーネント)は、dSPACE DS5203 FPGA Board(PHSバスシステム)またはDS2655 FPGA Base Board(SCALEXIO)上で動作するXilinx System Generator(XSG)モデルとして実装されるため、コントローラの開発やテストに同一のワークフローを使用することができます。これにより、電子デバイスのクローズドループシミュレーションや制御を非常に高いサンプリングレートでリアルタイムに実施することができます。

FPGA I/Oへの直接アクセス

XSG Electric Component Libraryでは、DS5203およびDS2655ボード向けに、プラントモデルだけでなく、XSG Utils Libraryに含まれる拡張I/Oファンクションを提供しています。これらのI/Oファンクションを使用すると、タイミング解析およびデジタル入力ソースの取得などの機能拡張を行うことができます。XSG Electric Component LibraryとDS5203/DS2655ボードを組み合わせて、シグナルレベルおよびパワーレベルのモーターシミュレーションで使用することができます。

要素と特徴

  • 永久磁石同期モーター(PMSM)
  • ブラシレスDCモーター(BLDC)
  • 不連続伝導モード(DCM)をサポートする先進的なインバータモデル
  • 非同期かご型誘導モーター
  • レゾルバ、サイン、TTL、およびホールエンコーダ
  • XSG Electric Component Libraryに含まれているXSG Utlis Libraryにより追加の機能を提供
  • デルタ結線、スター結線の両方に設定可能な3相モーターモデル