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Accexp混合电动车电机控制器硬件在环测试

时间:2017-04-12 点击次数:131
摘要:一, 含电力电子开关器件的硬件在环测试系统 混合电动车与传统汽车最大的不同就是在汽车传动部分除了传统的汽油引擎外,它还有一个或几个大的永磁同步电机来配合汽油引擎工作,比如在城市路况、启停频繁的时候,燃油效率低,这时候可以让汽油引擎不工作,只用电机驱...
一, 含电力电子开关器件的硬件在环测试系统
  混合电动车与传统汽车最大的不同就是在汽车传动部分除了传统的汽油引擎外,它还有一个或几个大的永磁同步电机来配合汽油引擎工作,比如在城市路况、启停频繁的时候,燃油效率低,这时候可以让汽油引擎不工作,只用电机驱动汽车前进。
                                                             混合电动车内部结构图与电机部分抽象框图
  在这个案例里,客户希望能搭建一个实时仿真系统来实现对永磁同步电机控制器的自动化测试。同传统只含连续器件, 如变压器,电抗器等,的系统不同,要仿真含高速开关的电力电子器件的系统需要有非常小的仿真步长(或者说是非常高的仿真速率),比如要准确的仿真上图中含IGBT桥的永磁同步电机驱动系统,我们常常需要将仿真步长设置在几个微妙这个数量级。而传统用来验证励磁调节器、继电保护装置的系统的实时仿真中,我们往往只需要将仿真步长设置在50到100微妙这个量级。在几个微妙的时间内完成对输入信号的读取、模型的积分、输出信号的更新这样一个典型的仿真循环对基于CPU的系统来说基本上是一个无法完成的艰巨任务
二,  基于NI FPGA硬件平台的硬件在环测试系统
  Accexp提供的其中一种解决方案是将模型实现到FPGA上去,这样输入信号的读取、模型的积分、输出信号的更新都全部在FPGA上实现,通过利用FPGA的并行性来缩短模型更新的时间,同时FPGA系统既没有CPU与I/O板卡通信的额外开销,也没有实时操作系统(FPGA是纯硬件实现)而引起的额外时间开销,使得满足几个微妙这样苛刻的实时限制成为可能。整个硬件在环测试的系统框图如下:
  Accexp的工程师与NI日本的合作伙伴,MacSystems,合作,一起给最终客户提供了一套基于NI PXI硬件在环测试系统。NI公司的PXI平台是个工业用的测试与控制平台,一个PXI机箱上有PXI控制器,以及板卡插槽用来插各种类型的板卡。PXI的板卡中有基于FPGA的R系列板卡,R系列板卡上带有Xillinx公司的FPGA,同时它还配有模拟I/O与数字I/O。
  在本文介绍的案例中,我们主要就是利用这样一个PXI 平台实现了对受控对象的高速实时仿真,Accexp的工程师主要负责了电机驱动系统的建模,以及模型在PXI的FPGA板卡上的实现。 实际硬件测试系统如下:

                                                       电机控制器硬件在环测试系统

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