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牵引电动机硬件在环仿真

信号级电动机控制器测试

对于信号级别的HIL测试,测试系统连接到电力驱动控制单元的内部接口:以获取门驱动器的信号和给出电流传感器的信号。断开所有电力电子装置与被测设备的连接。这种方法能够实现最大的扩展性和完全模型访问。

本例阐述使用 SCALEXIO® 进行基于 FPGA 的仿真的过程。基于 FPGA 的仿真通常在需要极高速计算能力的情况下使用。

如果不需要高速计算,还可以使用 SCALEXIO 执行基于处理器的电动机仿真测试。之后,在 SCALEXIO 处理单元上计算电动机和逆变器模型。

应用领域

  • 测试传动系统的电动机 ECU,例如:
    • 混合动力汽车和纯电动汽车
    • 燃料电池汽车
  • 测试要求提供更高基本频率和稳定性的高精度仿真的所有其他各种电动机控制器
  • 开发电动传动系统
  • 开发非公路车辆

 

关键要点

  • 极高的超采样速率(对应于 PWM 切换频率)
  • 无需 PWM 同步
  • 仿真电流纹波(PWM 效应)
  • 使用用户可编程 FPGA 快速计算信号
  • FPGA 上的电动机和逆变器模型
  • 现成的开放式 FPGA 模型适用于所有常用电动机和传感器
  • 通过基于 FEM 的参数化(例如 JMAG)消除非线性效应
  • 采样时间少于 500 纳秒,实现最高仿真质量
  • 基于 FPGA 的门驱动器信号采集
  • 基于 FPGA 的电流和位置传感器信号仿真
  • 便捷的图形化系统配置

 

DS2655 FPGA 基板设计用于需要十分快速的高分辨率信号处理的场合,例如电动机 HIL 仿真。它包含一个强大的、可自由编程的现场可编程门阵列 (FPGA),即 Xilinx Kintex-7 160T。如果需要包含 I/O 通道,您可以将多达 5 个 I/O 模块连接到该基板。结合 XSG 电气组件库,DS2655 提供了在闭合回路中通过控制器仿真电子机械所需的快速反应时间。

若要扩展 DS2655 的 I/O 通道,可以使用两个 I/O 模块:DS2655M1 多 I/O 模块和 DS2655M2 数字 I/O 模块。它们提供电力驱动装置等应用所需的大量数字和模拟 I/O 通道。

 

基于软件的 FPGA 配置

SCALEXIO HIL 仿真系统提供众多 I/O 硬件,可供您连接各种变换器和电动机。

您可以使用 Xilinx System Generator 对 DS2655 FPGA 基板的 FPGA 应用编程,而且 RTI FPGA 编程模块组能够访问 I/O 和处理器。可通过 ConfigurationDesk® 将这些程序下载到 FPGA。

在实时硬件上执行程序之前,您可以在离线仿真中测试该程序。这让您能够灵活应对新要求,比如新接口或需要加速子模型的执行。

需要极高精度和相对高采样率的电动机控制应用在现场可编程门阵列 (FPGA) 上仿真效果最好。XSG 电气组件模型(闭环仿真组件)作为 Xilinx System Generator (XSG) 模型实施,这些模型在 dSPACE DS5203 FPGA 板(PHS 总线系统)或 DS2655 FPGA 基板 (SCALEXIO) 上运行,因此可以使用相同的工作流来开发和测试控制器。从而,电子装置及其控制器的闭环仿真能以很高的采样速率实时执行。

 

直接 FPGA I/O 访问

除了被控对象模型之外,XSG 电气组件库还通过所含的 XSG 实用程序库为 DS5203 板和 DS2655 板提供增强型 I/O 功能,例如计时分析和获取数字输入源。XSG 电气组件库和 DS5203/DS2655 板可以共同用于电动机信号级和功率级仿真。

组件和特征

  • 永磁同步电动机 (PMSM)
  • 无刷直流电动机 (BLDC)
  • 支持断续导电模式 (DCM) 的高级逆变器模型
  • 异步鼠笼式感应电动机
  • 旋转变压器、正弦编码器、TTL 编码器及霍尔编码器
  • XSG 电气组件库(包含 XSG 实用程序库,提供附加功能)
  • 可为三相电动机模型配置的三角星形接法