Electric DriveシステムのFPGAベースのシミュレーションが容易になります。
XSG Electric Componentsライブラリを使用すると、極めて高いダイナミクスと精度でElectric Driveシステムをシミュレートできます。
XSG Electric Components Libraryの概要
XSG Electric Components Libraryは、FPGAプラットフォーム上でナノ秒単位のステップサイズのシミュレーションを実行できる、3相モーター、パワーエレクトロニクス、位置センサ、および基本的な機械装置のオープンなモデルを提供します。FPGAの並列化機能により、極めて高度な動特性や位置センサ通信プロトコルをシミュレートできます。
また、プロセッサベースのコントローラモデルとFPGAインターフェースブロックも含まれているため、総合的なドライブシステムのシミュレーションが可能です。オープンループとクローズドループの両方のシミュレーションを容易に実施し、実行中に設定することができます。これにより、ラピッドコントロールプロトタイピング(RCP)からHIL(Hardware-in-the-Loop)やP-HIL(Power Hardware-in-the-Loop)に至るまで、汎用的なシナリオでモデルの潜在能力をフルにご活用いただけます。
XSG Electric Components Libraryの適用分野
XSG Electric Components Libraryのモデルは、詳細なプラントモデルに対するコントローラの最適化から、P-HIL(Power Hardware-in-the-Loop)テストベンチでの制御ユニットやインバータハードウェアの最終テストに至るまで、開発プロセス全体を通じて幅広い用途に適しています。
適用分野の例:
- 自動車(トラクションドライブおよび補助ドライブ)
- オフハイウェイ
- 鉄道産業
- 工業分野での適用
-
電動工具
モーター
このライブラリは、3相モーターをシミュレートできる標準的なソリューションです。すべてのモーターは、文献で知られている基本方程式(α/βまたはd/q基準座標系など)を使用したわかりやすい方法でモデル化されています。
ライブラリに含まれるモーター:
- 他励式直流モーター(DC)
- 3相ブラシレス直流モーター(BLDC)
- 3相かご型誘導モーター(SCIM)
- 3相他励式同期モーター(SESM)
-
3相永久磁石同期モーター(PMSM)
PMSMの非線形モデル
2Dルックアップテーブルから取得されるインダクタンスと磁束値を利用した永久磁石同期モーター(PMSM)の非線形モデルが含まれています。これらのモデルは、磁気回路の飽和効果を考慮し、さまざまな動作条件下でのモーターの挙動を詳細かつ正確に再現します。正確なシミュレーションと解析を保証して、実用的な開発およびテストシナリオで最適化されたパフォーマンスと効率的なワークフローを実現します。
位置センサモデル
レゾルバ、正弦波、ホールセンサ、TTLエンコーダなど、従来の位置センサのモデルが多数含まれています。さらに、幅広いプロトコルのサポートにより、SSI、EnDat、HIPERFACE、BiSSエンコーダなどのプロトコルベースのエンコーダもモデル化されているため、OEMメモリや電子IDラベルなどの追加機能をリアルタイムシミュレーションやソフトウェアテストに実装することができます。
オープンなモデルアーキテクチャ
ライブラリコンポーネントは、FPGAの専門知識がなくてもすぐに使用でき、効率的かつ合理的なワークフローをサポートします。一方、すべてのモデルはオープンアーキテクチャで実装されているため、すべての計算ステップと方程式に完全にアクセスすることができます。このセットアップにより、ユーザ固有の拡張オプションを使用して、その他の技術サポートなしでモデルを速やかに作成できます。
すぐに使用可能なControlDeskの計器
ControlDeskを考慮して設計された、すぐに使用できる定義済みのカスタム計器とのシームレスな統合を体験してください。簡単なドラッグアンドドロップ操作のみで難なく、Electric Driveシステムモデルのあらゆる側面をビジュアル表示し、パラメータ化することができます。長時間のセットアップや複雑な準備はもう必要ありません。直感的なControlDeskユーザインターフェースにより、ほとんど時間をかけずにテスト準備を完了させて、本当に重要なことに集中することができます。
超高速のシミュレーションとオーバーサンプリング
FPGAアーキテクチャの最適化により、200nsより小さなステップサイズでのモデル実行が可能です。これにより、電流リップルを含むPWM効果の高精度シミュレーションが可能になります。このような小さなステップサイズを実現することにより、シミュレーションでは、先進的な制御方式の開発とテストに不可欠な極めて高い時間分解能と動的挙動の正確な再現を保証しています。
リアルタイム実行が可能なインバータモデル
信号レベルのシミュレーション用に、リアルタイム処理に対応した一般的な2レベルおよび3レベルインバータアーキテクチャのさまざまなモデルが含まれています。これらのモデルを使用すると、不連続伝導モード(DCM)シナリオ、回生動作点、非励磁区間の状況、物理的に正確なスイッチング損失をシミュレートすることができます。標準的なスイッチング素子としてIGBTとMOSFETを選択し、アプリケーションで使用される実際の物理対象に応じてパラメータ化することができます。
高速なピン間ループ時間
HIL(Hardware-in-the-Loop)テストを実施する場合、テストセットアップの高速なシステム応答は、現実世界を可能な限り厳密に再現するために極めて重要です。ライブラリコンポーネントの実装をdSPACEハードウェアと組み合わせて最適化することにより、約1µsのピン間ループ時間を実現しています。このため、入力ピンのスティミュラス信号に対するシステム応答を、対応する出力ピンで100万分の1秒以内で計測できます。
浮動小数点および固定小数点の実装
お客様のニーズに合わせて、浮動小数点および固定小数点の実装として、複数のモデルを使用することができます。固定小数点モデルは、シミュレーションの速度と最小限のリソース消費を最優先にする場合に最適で、計算オーバーヘッドを削減しながら効率的なパフォーマンスを提供します。
一方、最高の数値分解能と卓越したシミュレーション精度が必要な場合は、浮動小数点実装が最適な選択肢です。これらのモデルの表示は詳細かつ正確で、シミュレーションにおいて高い忠実性を保証します。
実行時の設定が可能
XSG Electric Componentsのモデルは、FPGA用に一度合成する必要があるだけです。合成結果であるFPGAコンテナが利用可能になった時点で、すべてのパラメータとルックアップテーブルデータを、専用のプロセッサインターフェースを介して実行中に設定することができます。これにより、必要な際にいつでもパラメータを設定してモデルの動作をアップデートでき、時間のかかるFPGA合成を行う必要がありません。
さらに、FPGAコンテナは、同じFPGA構成のdSPACEシステムにいくつでもロードできるため、テストワークフローの作業ステップを並列化することができます。
便利なライセンス
XSG Electric Components Libraryを使用してシミュレーションモデルを開発したら、FPGAコンテナを合成することができます。合成済みのコンテナを複数のシミュレータで使用できる便利なランタイムライセンスにより、テスト担当組織のコストを可能な限り低く抑えることができます。
シームレスな統合
dSPACE製品の間で確立されている標準インターフェースにより、XSG Electric Components Libraryを当社のテストと妥当性確認のためのエコシステムにシームレスに統合することができます。dSPACEポートフォリオの他のFPGAライブラリやプロセッサライブラリからコンポーネントを追加すれば、シミュレーションの詳細度が向上します。また、これらのライブラリをテストオートメーションポートフォリオのコンポーネントと組み合わせて、テストワークフローやテスト深度を向上させることもできます。
ライブラリコンポーネント
モーターモデル
- 他励式直流モーター(DC)
- 3相ブラシレス直流モーター(BLDC)
- 3相かご型誘導モーター(SCIM)
- 3相他励式同期モーター(SESM)
- 3相永久磁石同期モーター(PMSM)
パワーエレクトロニクスモデル
- 不連続伝導モード(DCM)対応2レベルインバータ
- 3レベルアクティブ中性点クランプ型インバータ(ANPC)
- 3レベル中性点クランプ型インバータ(NPC)
位置センサモデル
- TTL
- 正弦波
- ホール
- レゾルバ
- 同期
- SSI
- EnDat
- HIPERFACE
- BiSS
電源ケーブルモデル
- ラインモデル(「断線」欠陥シミュレーション対応)
機械装置モデル
- 単純な機械装置モデル(イナーシャ質量、粘性摩擦、オープンループ機能を含む)
コントローラモデル
- プロセッサベースのモーター制御用コントローラ
ControlDesk用のカスタム計器
- 標準化され、すぐに使用可能なControlDesk用の計器
情報動画
高度な適用事例
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- さまざまなインバータトポロジの統合が可能
- PMSM、SCIM、SRMなど、あらゆるタイプの多相モーター(固定子3相以上)
- 磁束ベースまたは電流ベース(インダクタンスベース)のモデル実装を使用するオプション
- スター、デルタ、オープンエンド巻など、あらゆる巻線方式を再現
- 磁気クロスカップリング効果
- 空間高調波とコギングトルク
- 温度依存性
- 電気的欠陥シミュレーション
- FEAデータからのパラメータ設定
- GUIによるモデルのパラメータ設定と管理
- HILおよびP-HILのシナリオに対応
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