恒润科技-dSPACE电机控制器开发系统

dSPACE电机快速控制原型与电机控制器硬件在回路仿真方案恒润科技 1.1RCP(快速控制原型)系统.......................................................................3 1.2总体框架...................................................................................................3 1.3dSPACERCP系统应用示意图..............................................................4 2dSPACE硬件在回路仿真..........................................................................................5 2.1HIL(硬件在回路)系统..............................................................................5 2.2dSPACEHIL仿真应用示意图................................................................6 3相关板卡说明..............................................................................................................6 3.1DS1006PPC处理器板-处理器AMDOpteron.....................................6 3.2组件系统I/O板——DS2001/DS2002/DS2003A/D板..................9 3.3组件系统I/O板——DS2101/DS2102/DS2103高速D/A板........12 3.4组件系统I/O板——DS3001/DS3002增量编码器接口板...........14 3.5组件系统I/O板——DS5101数字波形输出板................................16 3.6组件系统I/O板——DS5202FPGABaseBoard...........................17 3.7PX-20机箱..............................................................................................18 恒润科技31dSPACE快速控制原型设计1.1RCP(快速控制原型)系统使用dSPACE可以构建一个方便的RCP快速控制设计系统。通过dSPACE控制系统可以实现基于V模式的开发流程。dSPACE系统的软件使用控制工程领域的基本软件工具MATLAB/Simulink作为其工具前端。利用RTI工具，dSPACE可以直接继承开发人员在MATLAB软件环境下得到的Simulink算法模型，将这个模型自动转变成为可实时运行的程序代码，并将代码下载至其专用硬件平台上运行。在Simulink模型中，开发人员可以使用的dSPACE/RTI提供的各种实际物理信号接口，这样，模型算法生成代码后就可以直接通过dSPACE专用硬件平台上对应定义的物理信号接口处理真实的电气信号（传感器反馈，执行机构驱动，总线通讯等）。也就是说，在dSPACE平台上运行的Simulink模型，可以与真实的物理设备相互关联，实现对理论设计的实验测试检验。dSPACE基于模型的RCP和产品开发1.2总体框架dSPACE仿真控制系统的框架如下：（以同步电机为例）恒润科技4如图：首先通过交流转直流将220V交流信号转接成220V直流信号。然后通过IGBT开关组将直流信号转换成3路交流信号。其中的IGBT信号处理通过dSPACE输出信号。其中每相电流信号通过电流环等采样。将电流信号转对应的电压信号。另外每相相位的电压信号通过隔离电压器隔离变压采样。1.3dSPACERCP系统应用示意图所用各板卡功能简介：DS10063GHz---处理器板,负责模型(控制器)解算,以及IO板卡管理。DS2002---对传感器信号采集处理,比如电机电流传感器等。DS2103---产生模拟量信号,满足某些电机控制器控制需求。DS3002---增量编码器IO接口板,对电机增量编码器传感器信号处理。DA输出开关按钮输入增量编码器信号a/b/c三相PWM波电流采样DS1006DS3002DS5101DS2002dSPACE系统电机驱动板DS2103恒润科技5DS5101---任意波形发生器,产生电机控制所需的PWM信号。PX20_819/R/O---机箱,用于安装dSPACE处理器板和IO板。所用各板卡数量，视具体应用情况而定。详细板卡资料，请参见第三章《相关板卡说明》。2dSPACE硬件在回路仿真2.1HIL(硬件在回路)系统当控制系统设计结束，并已制成产品控制器时，需要通过闭环详细测试。但由于很多测试条件难以实现，诸如极限测试、失效测试，或是在真实环境中测试费用较昂贵等，使得产品测试难以进行。例如：在积雪覆盖的路面上进行汽车防抱死装置（ABS）控制器的测试就只能在冬季有雪的天气进行。还有一种情况，是为了缩短开发周期，需要在控制器闭环运行环境不存在的情况下（如：控制对象与控制器并行开发），对产品进行测试，传统的样机实验方法不再适用。dSPACE实时仿真系统的HIL仿真将有效解决这一问题。发动机ECU的HIL测试现在，许多控制工程师都把HILS作为替代真实环境或设备的一种典型测试方法。在HILS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，难以建立数学仿真模型的部件（如液压系统）仍可以以实物形式保留在闭环中，这样就可以在实验室环境下完成对电子控制单元的测试，从而可以大大降低开发费用，缩短开发周期。恒润科技62.2dSPACEHIL仿真应用示意图所用各板卡功能简介：DS10063GHz---处理器板,负责模型(电机模型)解算,以及IO板卡管理。DS2103---产生模拟量信号,满足电机控制器控制需求。DS5101---任意波形发生器,产生增量编码器信号，满足电机控制器控制需求。DS5202---FPGA原型板,运行变频器模型,需dSPACE提供定制服务(编写变频器模型)。PX20_819/R/O---机箱,用于安装dSPACE处理器板和IO板。所用各板卡数量，视具体应用情况而定。详细板卡资料，请参见第三章《相关板卡说明》。3相关板卡说明3.1DS1006PPC处理器板-处理器AMDOpteronDS1006处理器板是dSPACE公司新推出的处理器板，是目前用于快速原型（RCP）和半实物仿真（HIL）领域处理速度昀快的处理器板。它采用了64位Opteron处理器，主要用于处理诸如动力系统和虚拟车辆等复杂的、大型的、对处理性能要求极高的模型。DS1006板采用了AMDOpteron作为主处理器；该处理器是业界第一款采用了64位AMD64技术的x86处理器产品，它的内部集成了一个1MB的L2cache，突破内存瓶颈。DS1006处理器板上集成了一个256MB的本地存储器用于运行实时模型，一个128MB的全局存储器用于和上位机进行数据交换；另外，用户还可以根据实时应用的需要加上一块2MB的板电流传感器信号增量编码器信号a/b/c三相PWM波DS1006DS2103DS5101DS5202dSPACE系统变频控制器恒润科技7上启动flash存储卡（可选件），以使DS1006处理器板具有自启动功能。DS1006板卡支持多处理器应用。用户可以根据需要把两块或多块DS1006处理器板通过光纤连接起来组成一个性能更高的（需要DS911Gigalink模块），多处理器之间同步运行的系统。DS1005与DS1006的选择在需要较高的采样速率和大量的I/O处理能力情况下DS1005是个更好的选择。当仿真模型对处理器计算能力要求非常高并且I/O数目相对少、采样速率更高的情况下DS1006是个更好的选择。HIL实时仿真通常要求1ms的采样时间，TesisDYNAware的6缸汽油机模型en-DYNA和动力学模型ve-DYNA在DS1006上运行时间都只需要0.15ms，并且这0.15ms还包含计算和I/O信号处理以及CAN通信。因此，对于1ms的限制，硬件卡仍能保留85%的处理能力将来运行更复杂的模型。在DS1006上运行发动机模型只需要0.034ms的时间，如此高的速度能够实现非常小的仿真步长，这对于一些特殊的应用场合及其有利，如一级方程式赛车HIL仿真中发动机和车辆动力学仿真通常的采样时间只有0.25到0.5ms。DS1006技术特点处理器AMDOpteron248(2.2GHz)64kBL1数据cache,64kBL1指令cache1MBL2cacheCache按处理器时钟速率运行内存256MBDDRSDRAM本地内存用于应用程序和动态应用数据128MBSDRSDRAM全局内存用于与主机交换数据主机可访问全部全局内存板上2MB的闪存用于自启动PHS总线接口可以与原有I/O板相连32位同步I/O总线20Mb/s传输速率，对新的I/O接口板提供30Mb/s传输速率多至64个PHS总线中断用于所有I/O板并行采样及更新的同步线计时器及中断三个通用定时器（多处理器系统）时间同步单元中断控制器可实现多达20个中断源控制并行处理：（选件）需DS911Gigalink模块高速光纤接口，传输速率1.25Gbit/S昀大可连20个处理器板光缆长度昀大能达100m4路双向连接通道实时中断处理供电ISA总线:+5V±5%,2.0A+12V±5%,0.5A(不连DS911模块)+12V±5%,1.5A(连DS911模块)CPU电源接头:+5V±5%,20A物理特性需要三个16位全长的ISA插槽与DS911和DS814连接的时候不需要更多ISA插槽恒润科技8温度范围0-40°C(实验室使用)配合PX10和PX20在测试台架上使用PX10可放置一个DS1006，PX20中可放置2个DS1006DS1006组件系统构成DS1006多处理器系统选件——DS911GigalinkModule当一个系统中存在多个DS1006时，可利用DS911连接各个DS1006，构成并行处理系统。恒润科技93.2组件系统I/O板——DS2001/DS2002/DS2003A/D板高分辨率A/D接口组件板卡•3种不同分辨率，通道数量和转换速度的A/D板卡可供选择•昀多可达32个模拟输入通道•昀高16bit分辨率•采样时间5.0-5.7µs(16bit)应用领域A/D转换是大多数快速控制原型和HIL仿真应用中的重要元素。在快速控制原型当中。压力，温度或者其它信号传感器提供模拟电压或者电流。在HIL仿真当中，电控单元提供模拟电压或者电流来控制仿真激励源主要特点A/D板提供各种通道数量，分辨率和速度以供选择。下面的表个给你一个初步的概览。所有3个板都能在Simulink里由RTI设置。你能分别为每个通道或者A/D转换器选择电压范围和分辨率3块板技术规格对比A/D板通道数分辨率采样时间1)(两通道)采样时间1)(所有通道)DS2001高速A/DBoard5输入4,8,12,16位,短循环5.0µs(16位)5.0µs(16位)DS2002多通道A/D板32输入4,8,12,16位,短