FPGA 기반 전기 구동 시스템 시뮬레이션을 손쉽게:
XSG Electric Components 라이브러리를 사용하면 최고의 동역학과 정밀도로 전기 구동 시스템을 시뮬레이션할 수 있습니다.
초고속 시뮬레이션
1µs 미만의 핀투핀 루프 시간을 지원하는 나노초 단위 모델 실행 스텝 크기
사용 용이성
FPGA 합성 없이 런타임 중 모델 파라미터 설정 가능
오픈 모델 아키텍처
바로 사용 가능하며, FPGA 전문가 지식이 필요하지 않습니다
종합적인 모델
전동기, 전력 전자, 위치 센서 및 역학 모델 포함
XSG Electric Components Library란?
XSG Electric Components Library는 FPGA 플랫폼에서 나노초 단위 스텝 크기 시뮬레이션을 위한 3상 전동기, 전력 전자, 위치 센서 및 기본 역학에 대한 오픈 모델을 제공합니다. FPGA의 병렬 처리 기능을 활용해 최고 수준의 동역학과 위치 센서 통신 프로토콜을 시뮬레이션할 수 있습니다.
또한 포함된 프로세서 기반 제어기 모델과 FPGA 인터페이스 블록을 통해 종합적인 구동 시스템 시뮬레이션이 가능합니다. 개루프 및 폐루프 시뮬레이션 모두 런타임 중에 손쉽게 구현 및 구성할 수 있습니다. 이를 통해 신속한 제어 프로토타이핑(RCP), HIL(hardware-in-the-loop), PHIL(power hardware-in-the-loop) 등 다양한 시나리오에서 모델의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.
XSG Electric Components Library의 응용 분야
XSG Electric Components Library의 모델은 정밀한 플랜트 모델을 기반으로 제어기를 최적화하는 초기 단계부터 Power HIL(hardware-in-the-loop) 테스트 벤치에서 제어기와 인버터 하드웨어를 최종 시험하는 단계에 이르기까지 개발 전 과정에 걸쳐 다양한 응용 분야에 적합합니다.
응용 분야 예시:
- 자동차(트랙션 드라이브 및 보조 드라이브)
- 특수 목적 차량
- 철도 산업
- 산업용 응용 분야
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전동 공구
전동기
이 라이브러리는 3상 전기 기계를 시뮬레이션하기 위한 표준 솔루션입니다. 모든 기계는 문헌에서 알려진 기본 방정식(예: 알파/베타 또는 d/q 기준 좌표계)을 사용하여 이해하기 쉬운 방식으로 모델링되어 있습니다.
라이브러리에 포함된 기계:
- 타여자 직류 전동기(DC)
- 3상 브러시리스 직류 전동기(BLDC)
- 3상 농형 유도 전동기(SCIM)
- 3상 타여자 동기 전동기(SESM)
-
3상 영구자석 동기 전동기(PMSM)
비선형 PMSM 모델
영구자석 동기 모터(PMSM)를 위한 비선형 모델이 포함되어 있으며, 이는 2D 룩업 테이블에서 도출된 인덕턴스와 자속 값을 활용합니다. 이 모델들은 자기 회로의 포화 효과를 고려하여 다양한 작동 조건에서 기계의 동작을 상세하고 정확하게 표현합니다. 이는 정밀한 시뮬레이션과 분석을 가능하게 하여, 실제 개발 및 테스트 환경에서 최적화된 성능과 효율적인 작업 흐름을 구현할 수 있도록 합니다.
위치 센서 모델
리졸버, 사인파 센서, 홀 센서, TTL 엔코더 등 다양한 기존 위치 센서 모델이 포함되어 있습니다. 또한, SSI, EnDat, HIPERFACE, BiSS 엔코더와 같은 프로토콜 기반 엔코더는 광범위한 프로토콜을 지원하여, OEM 메모리나 전자식 ID 라벨과 같은 추가 기능을 실시간 시뮬레이션 및 소프트웨어 테스트에 구현할 수 있습니다.
개방형 모델 아키텍처
이 라이브러리 구성 요소는 FPGA 전문가의 지식 없이도 바로 사용할 수 있어 효율적이고 간소화된 워크플로우를 지원합니다. 하지만 모든 모델은 개방형 아키텍처로 구현되어 있어 모든 계산 과정과 방정식에 완전한 접근이 가능합니다. 이 구성은 추가적인 기술 지원 없이도 사용자 맞춤형 확장이 가능한 신속한 모델 생성 환경을 제공합니다.
바로 사용 가능한 ControlDesk 인스트루먼트
ControlDesk용으로 사전 정의된 맞춤형 인스트루먼트를 통해 원활한 통합을 경험할 수 있습니다. 간단한 드래그 앤 드롭만으로 전기 구동 시스템 모델의 모든 요소를 손쉽게 시각화하고 파라미터를 설정할 수 있습니다. 복잡하고 긴 설정 과정은 더 이상 필요하지 않습니다. 직관적인 ControlDesk 사용자 인터페이스는 거의 즉시 테스트 준비를 완료할 수 있게 하여, 진정으로 중요한 부분에 집중할 수 있도록 도와줍니다.
초고속 시뮬레이션 및 오버샘플링
dSPACE의 FPGA 아키텍처 최적화를 통해 200ns 이하의 모델 실행 스텝 크기가 가능합니다. 이를 통해 전류 리플을 포함한 PWM 효과를 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 작은 스텝 크기를 구현함으로써 시뮬레이션은 가장 높은 시간 분해능과 동적 동작의 정확한 표현을 보장하며, 이는 첨단 제어 전략 개발 및 테스트에 매우 중요합니다.
실시간 가능한 인버터 모델
일반적인 2레벨 및 3레벨 인버터 아키텍처의 다양한 실시간 모델이 신호 레벨 시뮬레이션용으로 포함되어 있습니다. 이 모델들은 단속 전류 모드(DCM) 시나리오, 회생 작동점, 플로팅 위상 상황, 그리고 물리적으로 정확한 스위칭 손실을 시뮬레이션할 수 있는 기능을 제공합니다. 표준 스위칭 소자로 IGBT 및 MOSFET을 선택할 수 있으며, 애플리케이션에 사용된 실제 물리적 부품에 따라 파라미터화할 수 있습니다.
신속한 핀투핀 루프 시간
HIL(hardware-in-the-loop) 테스트를 수행할 때, 실제 상황을 최대한 정확히 재현하기 위해서는 테스트 환경의 신속한 시스템 응답이 매우 중요합니다. 라이브러리 구성 요소를 dSPACE 하드웨어와 결합해 최적화한 구현은 약 1µs의 핀투핀 루프 시간을 가능하게 합니다. 이는 입력 핀에 가해진 자극에 대한 시스템 응답이 백만 분의 1초 이내에 해당 출력 핀에서 측정될 수 있음을 의미합니다.
부동 소수점 및 고정 소수점 구현
고객의 요구에 가장 적합하도록 여러 모델이 부동 소수점과 고정 소수점 구현으로 제공됩니다. 고정 소수점 모델은 시뮬레이션 속도와 리소스 최소화를 최우선으로 할 때 이상적이며, 계산 오버헤드를 줄여 효율적인 성능을 제공합니다.
반면, 최고 수준의 수치 해상도와 타의 추종을 불허하는 시뮬레이션 정확도가 필요하다면, 부동소수점 구현이 최적의 선택입니다. 이러한 모델들은 상세하고 정확한 표현을 제공하여 시뮬레이션의 높은 충실도를 보장합니다.
런타임 구성 가능성
XSG Electric Components 모델은 FPGA용으로 한 번만 합성하면 됩니다. 합성된 FPGA 컨테이너가 준비되면, 모든 파라미터와 룩업 테이블 데이터는 전용 프로세서 인터페이스를 통해 런타임 중에도 구성할 수 있습니다. 이를 통해 시간 소요가 큰 FPGA 합성 없이도 필요할 때마다 파라미터 조정을 통해 모델 동작을 업데이트할 수 있습니다.
또한 FPGA 컨테이너는 동일한 FPGA 구성을 가진 원하는 수만큼의 dSPACE 시스템에 로드할 수 있어, 테스트 워크플로우에서 작업 단계를 병렬 처리할 수 있는 옵션을 제공합니다.
매력적인 라이선스
XSG Electric Components Library로 시뮬레이션 모델을 개발하면 FPGA 컨테이너를 합성할 수 있습니다. 사전 합성된 컨테이너는 매력적인 런타임 라이선스 방식을 통해 여러 시뮬레이터에서 사용할 수 있어, 테스트 조직의 비용을 최대한 절감할 수 있습니다.
완벽한 통합
dSPACE 제품 간 확립되고 표준화된 인터페이스를 통해 XSG Electric Components Library를 dSPACE의 테스트 및 검증 생태계에 완벽하게 통합할 수 있습니다. dSPACE 포트폴리오의 다른 FPGA 또는 프로세서 라이브러리에 포함된 추가 구성 요소를 활용하여 시뮬레이션의 세부 수준을 향상시키십시오. 또한, 라이브러리를 dSPACE의 테스트 자동화 포트폴리오 내 구성 요소와 결합하여 테스트 워크플로우와 테스트 심층도를 개선할 수 있습니다.
라이브러리 구성 요소
모터 모델
- 별도의 여자 전원을 사용하는 직류 전동기(DC)
- 3상 브러시리스 직류 전동기(BLDC)
- 3상 농형 유도 전동기(SCIM)
- 3상 타여자 동기 전동기(SESM)
- 3상 영구자석 동기 전동기(PMSM)
전력 전자 모델
- 불연속 전도 모드(DCM)를 지원하는 2레벨 인버터
- 3레벨 능동형 중성점 클램프드 인버터(ANPC)
- 3레벨 중성점 클램프드 인버터(NPC)
위치 센서 모델
- TTL
- Sine
- Hall
- Resolver
- Synchro
- SSI
- EnDat
- HIPERFACE
- BiSS
공급 케이블 모델
- 라인 모델(‘단선’ 고장 시뮬레이션 포함/활성화)
역학 모델
- 단순 역학 모델(관성 질량, 점성 마찰, 개루프 기능 포함)
제어기 모델
- 전동기 제어를 위한 프로세서 기반 제어기
ControlDesk용 맞춤형 계측기
- ControlDesk용 표준화된 즉시 사용 가능한 계측기
정보 영상
고급 애플리케이션
XSG Electric Components Library로는 대응하기 어려운 복잡한 요구 사항을 가진 까다로운 애플리케이션이 있으신가요? 온도 의존성 및 공간 고조파를 포함한 고도로 비선형적인 전기 모터 모델을 찾고 계신가요?
XSG Generic Drive Model과 함께 dSPACE의 엔지니어링 서비스 내용을 살펴보십시오. XSG Generic Drive Model 시뮬레이션 엔진을 기반으로, dSPACE는 고객의 필요와 애플리케이션에 특별히 맞춤화된 전기 모터의 고급 실시간 모델을 제공합니다. 이 모델에서 고려할 수 있는 추가 기능은 다음과 같습니다.
- 다양한 인버터 토폴로지 통합 가능
- 모든 유형의 다상(3상 이상) 전기 모터(PMSM, SCIM, SRM 등)
- 자속 기반 또는 전류 기반(인덕턴스 기반) 모델 구현 옵션
- 모든 권선 방식 표현(별 결선, 델타 결선, 개방 단 권선 등)
- 자기 상호 결합 효과
- 공간 고조파 및 코깅 토크
- 온도 의존성
- 전기적 고장 시뮬레이션
- FEA 데이터 기반 파라미터화
- 모델 파라미터화 및 관리를 위한 그래픽 사용자 인터페이스
- HIL 및 P-HIL 시나리오 준비 완료
FPGA 교육
FPGA 기반 시뮬레이션이 처음이거나 방법론을 다시 점검하고 싶으신가요? dSPACE는 모델 라이브러리뿐만 아니라 툴, 방법론, 그리고 dSPACE 제품에 대한 교육도 제공합니다.
