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YXSPACE-SP6000實時仿真機
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YXSPACE-SP6000實時仿真機

南京研旭電氣科技有限公司,始終致力于新能源各類產品的研究,也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關系。多年來積累了很多寶貴的經驗,同時也接收很多合作單位的寶貴建議,從而研旭研發出快速控制原型控制器YXSPACE系列。
產品編號
產品描述

 

一、背景

在產品研發前期、算法驗證階段,若采用實際控制器進行控制時,存在周期長、可靠性差等問題。若采用快速控制原型(Rapid Control Prototyping簡稱RCP),那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗證。

RCP系統在新能源領域有著巨大的應用潛力,比如光伏變流器、風機變流器、儲能變流器等電力電子變換器。只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型,下載到YXSPACE控制器中,即可實現控制過程。從而開發者可以不用研究任何控制芯片,以及任何嵌入式編程語言,只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

 

南京研旭電氣科技有限公司,始終致力于新能源各類產品的研究,也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關系。多年來積累了很多寶貴的經驗,同時也接收很多合作單位的寶貴建議,從而研旭研發出快速控制原型控制器YXSPACE系列。

 

YXSPACE-SP6000(以下簡稱SP6000)為DSP+FPGA架構,采用TI公司的C6000系列DSP作為核心控制器,多個FPGA作為輔助控制器。C6000系列DSP屬于高端、綜合DSP,常規經常應用于復雜工業控制或者圖像處理領域。C6000系列DSP具高主頻以及高浮點處理能力,高于常規C2000系列的近幾十倍。適用于更加復雜的控制場合。

 

正是由于其處理能力強的特點,SP6000除RCP功能之外,還可以完成HIL仿真,即半實物仿真??梢詫⒈豢貙ο箅娐纺P拖螺d到SP6000中進行實時仿真,目前已完成測試的拓撲包括Boost、Buck、H橋、三相兩電平全橋、隔離型DCDC以及PMSM等,其支持的最小仿真步長可以達到5us,完全可以滿足驗證性實驗。

 

二、YXSPACE-SP6000簡介

 

研旭公司推出的YXSPACE產品系列,能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法(Simulink)轉換成DIDO、AIAO量,完成實際硬件控制。同時通過YX-VIEW6000監控組態軟件,對控制器進行實時監控,從而完成模型的調試與驗證。其基本控制框圖如下所示:

 

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,通過研旭提供的simulink驅動庫,將模型中的接口與硬件驅動接口綁定后,通過編譯工具產生可執行文件,下載至SP6000仿真機中運行,對被控對象進行實際控制。

 

研旭SP6000仿真機配套軟件YXSPACE-VIEW6000(以下簡稱VIEW6000)主要用于配置仿真機外設的工作模式,同時可以實時監測控制過程中的各類運行量,包括采集量、中間控制變量等。VIEW6000采用組態式架構,用戶只需隨意托拉控件就可以搭建屬于自己的監控界面。用戶可以借助6類控件,可以便捷的了解仿真機的控制過程。

 

 

三、SP6000仿真機資源

 

研旭SP6000仿真機,采用插卡式結構,基本配置包含CPU板卡、2塊模擬采集ADC板卡、模擬輸出DAC板卡、數字輸出DO板卡、數組輸入DI板卡、兩塊脈寬調制PWM板卡、正交編碼QEP/捕獲CAP板卡。其板卡配置安裝圖如下:

 

 

 

四、YXSPACE獨特優點

 

  • ·采用高端DSP芯片作為主運算核心,仿真速度更快,資源更豐富,其仿真結果針對實際研究更具有參考性;
  • ·在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼,自動加載到實時目標機中運行,避免了繁瑣的編程和Debug工作
  • ·使用門檻低,會Matlab仿真即可完成實驗測試工作,所有測試工作只需一人即可完成
  • ·模型與硬件接口鏈接簡單,只需記住端口編號即可,更不用配置硬件各類細節,免去一切不必要的麻煩;
  • ·性價比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。
  • ·具備自主編寫的驅動庫,可以直接導入到Simulink庫中,用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫,將模型中的數據直接與硬件對接,無需再花費時間去查詢硬件映射。多種庫文件,可適用于各種工程調試需求。
  • ·用戶可以隨意拖拽即可完成與硬件的連接,同時,配套了組態式的上位機,可以查看模型中任何的中間變量,可隨時觀測各種關鍵變量,從而做出相應參數上的更改。
  • ·可以完成HIL仿真,最小仿真步長支持5us。   

        

五、YXSPACE-VIEW軟件

 

研旭公司專門為SP6000研發了一套上位機監控軟件VIEW6000軟件,采用組態式交互界面,方便用戶靈活、方便的查看仿真機的工作信息。

 

VIEW6000軟件中包含控制器設置以及組態區。其中控制器設置界面共有4類控制器設置,包括仿真步長設置,DO控制源設置,QEP/CAP模式設置,PWM模塊設置。

 

 

組態區主要包括功能按鈕、組態控件、工作區等。

 

 

在實際使用中,用戶只需用鼠標拖動各類控件,移至工作區當中,位置根據需求隨意放置。雙擊控件即可設置控件的地址號,這樣可完成控件與模型或者硬件的建立關系,操作及其簡便。

 

包括如下幾類控件:

 

 

六、SP6000獨有驅動庫

 

研旭自行開發了Simulink驅動庫,如下圖所示:

 

   

在Simulink的庫瀏覽欄中,添加研旭的驅動庫,右側就可以添加各類驅動支持驅動模塊,如ADC模塊,DAC模塊,DI模塊,PWM模塊,編碼器模塊以及示波器模塊等。用戶通過在模型中調用這些驅動模塊,就可以將模型與硬件對應起來。

 

雙擊ADC驅動,如下圖所示:

 

 

驅動信息為16位精度ADC,最高采樣率為200KHz。其中ADC_A_CH1表示ADC的第一通道。每個驅動模塊都有唯一的通道號,與硬件接口編號一一對應。

 

雙擊PWM驅動如下圖所示:

 

 

驅動信息為PWM_I的第一通道A的占空比值,數據類型為16位無符號。

 

雙擊DAC驅動如下圖所示:

 

 

DAC驅動信息為DAC_Channel1第一通道模擬輸出,精度為16位,最高輸出頻率可以達到100Khz,輸出范圍-10V--+10V。

 

雙擊示波器驅動如下圖所示:

 

 

Scope Channel 1表示第一通道示波器,與VIEW6000軟件的示波器控件波一一對應。

 

七、SP6000實際控制案例

  • RCP實例:實現三相并網逆變器算法。

 

第一步:搭建Simulink模型,如下圖所示:

 

 

第二步:搭建組態軟件,實現監控功能。

第三步:將DIDO以及AIAO接口與功率電路部分連接好;此處功率電路采用研旭公司的桌面型ACDC。下圖為連接示意圖:

 

    

第四步:下載模型到SP6000中,啟動仿真,通過組態軟件中的示波器控件可以觀測控制波形如下圖所示:通過示波器的高級功能按鈕,可以查看點數的深度,更加方便分析波形數據。

 

 

 

第五步:通過錄波功能,將實驗過程的數據可以保存下來, 利用MATLAB的plot描點工具,將原始數據以圖形形式展現出來,如下圖所示三相并網電流波,然后通過plot內部自帶的縮放、擴放等工具,可以對數據進行更加深入的分析。

 

 

若用戶想將模型內部關鍵節點數據采用模擬量方式輸出時,此時只需要調用SP6000的DAC模塊驅動,然后通過實際示波器測量DAC接口即可。下面是將占空比與PWM信號同時測量的示波器屏幕截圖,1通道為PWM實際輸出波形,2通道為模擬量輸出的占空比波形。

 

        

  • HIL實例:實現Boost升壓電路硬件在環仿真,采用SP2000作為實際控制器,采用SP6000作為Boost模型仿真機。如下圖所示:

 

SP2000運行Boost控制算法模型,即采用外環電壓PI控制,實現升壓、穩壓的作用。而SP6000運行Boost功率電路模型,包括直流電源、IGBT開關,二極管、電容,電感,電阻等器件。SP6000將內部的模擬量通過DAC板卡送出給SP2000的模擬輸入ADC板卡,同時通過DI板卡接收SP2000發出的PWM信號,從而實現Boost電路的仿真。

 

Boost電路模型:

 

 

詳細設計參數表格

 

名稱

參數

功能描述

步長

5us

仿真步長

直流電源

400V

輸入源

電感

1mH

儲能、濾波

IGBT

內阻0.001Ω

理想開關

二極管

正向壓降0.3V

續流

電容器

3000uF

儲能、濾波

電阻

10Ω

負載

 

電路接口表格

 

模擬量

接口

數值關系

備注

電源電壓400V

DAC第一通道

縮小10倍

送給SP2000的模擬輸入接口

輸出電壓Vout

DAC第二通道

縮小20倍

送給SP2000的模擬輸入接口

IGBT控制端

DI第一通道

1:1

接收SP2000的PWM信號

 

 

Boost控制算法模型:

 

 

電路接口表格

 

模擬量

接口

數值關系

備注

控制步長

2KHz

1:1

控制周期0.0005s

PWM頻率

2KHz

1:1

占空比方式控制

電源電壓400V

ADC第一通道

放大100倍

采集SP6000的模擬輸出接口

輸出電壓Vout

ADC第二通道

放大20倍

采集SP6000的模擬輸出接口

IGBT控制端

PWM第一通道

1:1

送給SP6000的DI接口

 

 

 

按照以上接口表格將SP2000和SP6000硬件對接:

 

接口名稱

SP2000

SP6000

電源電壓

ADC_CH1

DAC_CH1

輸出電壓Vout

ADC_CH2

DAC_CH2

IGBT控制端

PWM1A

DI1

模擬地

AGND

AGND

數字地

DGND

DGND

 

通過監控軟件,可以查看BOOST的控制效果,如下圖:

 

 

 

 

關鍵詞:
YXSPACE-SP6000
快速原型控制器
RCP

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