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Accexp混合電動車電機控制器硬件在環(huán)測試
2017-04-12
一， 含電力電子開關(guān)器件的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)
混合電動車與傳統(tǒng)汽車最大的不同就是在汽車傳動部分除了傳統(tǒng)的汽油引擎外，它還有一個或幾個大的永磁同步電機來配合汽油引擎工作，比如在城市路況、啟停頻繁的時候，燃油效率低，這時候可以讓汽油引擎不工作，只用電機驅(qū)動汽車前進。
混合電動車內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖與電機部分抽象框圖
在這個案例里，客戶希望能搭建一個實時仿真系統(tǒng)來實現(xiàn)對永磁同步電機控制器的自動化測試。同傳統(tǒng)只含連續(xù)器件, 如變壓器，電抗器等，的系統(tǒng)不同，要仿真含高速開關(guān)的電力電子器件的系統(tǒng)需要有非常小的仿真步長（或者說是非常高的仿真速率），比如要準(zhǔn)確的仿真上圖中含IGBT橋的永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)，我們常常需要將仿真步長設(shè)置在幾個微妙這個數(shù)量級。而傳統(tǒng)用來驗證勵磁調(diào)節(jié)器、繼電保護裝置的系統(tǒng)的實時仿真中，我們往往只需要將仿真步長設(shè)置在50到100微妙這個量級。在幾個微妙的時間內(nèi)完成對輸入信號的讀取、模型的積分、輸出信號的更新這樣一個典型的仿真循環(huán)對基于CPU的系統(tǒng)來說基本上是一個無法完成的艱巨任務(wù)
二， 基于NI FPGA硬件平臺的硬件在環(huán)測試系統(tǒng)
Accexp提供的其中一種解決方案是將模型實現(xiàn)到FPGA上去，這樣輸入信號的讀取、模型的積分、輸出信號的更新都全部在FPGA上實現(xiàn)，通過利用FPGA的并行性來縮短模型更新的時間，同時FPGA系統(tǒng)既沒有CPU與I/O板卡通信的額外開銷，也沒有實時操作系統(tǒng)（FPGA是純硬件實現(xiàn)）而引起的額外時間開銷，使得滿足幾個微妙這樣苛刻的實時限制成為可能。整個硬件在環(huán)測試的系統(tǒng)框圖如下：
Accexp的工程師與NI日本的合作伙伴，MacSystems，合作，一起給最終客戶提供了一套基于NI PXI硬件在環(huán)測試系統(tǒng)。NI公司的PXI平臺是個工業(yè)用的測試與控制平臺，一個PXI機箱上有PXI控制器，以及板卡插槽用來插各種類型的板卡。PXI的板卡中有基于FPGA的R系列板卡，R系列板卡上帶有Xillinx公司的FPGA，同時它還配有模擬I/O與數(shù)字I/O。
在本文介紹的案例中，我們主要就是利用這樣一個PXI 平臺實現(xiàn)了對受控對象的高速實時仿真，Accexp的工程師主要負(fù)責(zé)了電機驅(qū)動系統(tǒng)的建模，以及模型在PXI的FPGA板卡上的實現(xiàn)。 實際硬件測試系統(tǒng)如下:
電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)
電機控制器硬件在環(huán)測試系統(tǒng)
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