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永磁同步电机控制系统硬件在环仿真平台

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永磁同步电机控制系统硬件在环仿真平台

硬件在环仿真(Hardware-In-the-Loop, HIL)是基于被测设备和环境的一种典型半实物实时仿真方法。在HIL仿真中,实际的控制器和用来代替真实环境或设备的仿真模型一起组成闭环测试系统,这样就可在实验室环境下完成对被控对象的测试和控制,并且还可以进行极限测试、失效测试,或在真实环境中费用消耗昂贵的测试等。硬件在环仿真大大降低了控制系统开发费用,缩短了开发周期。

利用ETAS-LabCar可以进行永磁同步电机控制系统的HIL试验。LabCar提供了广泛的仿真和激发可能性,以便对控制器进行任何情况下的测试。由LabCar接收电机控制器(MCU)发出的控制信号,利用仿真机柜中FPGA板卡上安装的功率电路及被控电机模型按照工况运算出实际情况后,再产生传感器信号反馈给MCU,通过工具读出MCU中的数据,并对数据进行分析及验证,从而在实际台架测试前发现大量问题,显著地试验成本。

1、永磁同步电机控制系统HIL仿真平台架构


2、HIL仿真平台机柜系统图及实物图



3、永磁同步电机HIL仿真平台功能

ETAS-Labcar永磁同步电机控制系统仿真平台的核心为高速FPGA板卡ES5340(内带逆变器和电机模型)。

基础功能:

包含完善的电池节点、换流器模块、永磁同步电机及机械模型

模拟换流器和电机控制器所需要的所有典型信号;

测量电机控制器驱动IGBT的数字和PWM信号;

模拟多种模拟和数字信号:电压、电流、温度等;

模拟旋转变压器信号或数字编码器信号;

模拟功率器件死区影响、关断噪声和其它影响;

模拟磁阻效应、功率损失和部件性能的热衰退

具备故障注入单元,可实现所有传感器信号进行物理断路功能;

具备数字程控电源,可实现在线电源电压突变功能;

专门的软件来配置ES5340;

专业功能:

在线通过RTPC访问并修改FPGA模型


基于ES592/INCA的电机及其控制器测量与标定


4、HIL仿真平台优势

ES5340优势:

与RTPC通过高速PCIe连接;

板卡上具备所有所需I/O(4AD,8DAC,8DO,20DI);

支持大部分位置传感器信号;

IGBT驱动信号时钟恢复;

通过Labcar软件,支持行为模型(Simulink、ASECT、C-Code)与PWM同步;

从PWM捕捉到旋变信号到相电流发生仅需850ns;

在850ns时间内基于FPGA的换流器/电机模型足够模拟所有相关的物理特性;


采用RTPC 运行模型的优势:

所有的仿真波形接近实际示波器的测量波形

专业的电机设计工具(如JMAG)提供将Simulink模型导出为实时执行模型的能力;

这些模型能够在不需修改的条件下在RTPC上运行;

容易与Labcar-Operator集成;

如模型发生更改,可快速转化;

PCIe连接支持最快的速度至10us;

5、HIL仿真平台控制界面

系统运行时的界面,对模型进行控制同时获取相关运行状态


6、HIL仿真平台数据采集及波形分析

对模型中的数据进行采集


对仿真模型波形的采集(@6000rpm,Torque=300Nm)

蓝、绿——-U、V相电流;

红——-直流电流;

粉——-转子位置;

测量波形


仿真波形





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