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YXSPACE-SP6000实时仿真机
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YXSPACE-SP6000实时仿真机

南京研旭电气科技有限公司,始终致力于新能源各类产品的研究,也与很多科研院所以及高校建立了深厚的合作关系。多年来积累了很多宝贵的经验,同时也接收很多合作单位的宝贵建议,从而研旭研发出快速控制原型控制器YXSPACE系列。
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产品描述

 

一、背景

在产品研发前期、算法验证阶段,若采用实际控制器进行控制时,存在周期长、可靠性差等问题。若采用快速控制原型(Rapid Control Prototyping简称RCP),那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的验证。

RCP系统在新能源领域有着巨大的应用潜力,比如光伏变流器、风机变流器、储能变流器等电力电子变换器。只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型,下载到YXSPACE控制器中,即可实现控制过程。从而开发者可以不用研究任何控制芯片,以及任何嵌入式编程语言,只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

 

南京研旭电气科技有限公司,始终致力于新能源各类产品的研究,也与很多科研院所以及高校建立了深厚的合作关系。多年来积累了很多宝贵的经验,同时也接收很多合作单位的宝贵建议,从而研旭研发出快速控制原型控制器YXSPACE系列。

 

YXSPACE-SP6000(以下简称SP6000)为DSP+FPGA架构,采用TI公司的C6000系列DSP作为核心控制器,多个FPGA作为辅助控制器。C6000系列DSP属于高端、综合DSP,常规经常应用于复杂工业控制或者图像处理领域。C6000系列DSP具高主频以及高浮点处理能力,高于常规C2000系列的近几十倍。适用于更加复杂的控制场合。

 

正是由于其处理能力强的特点,SP6000除RCP功能之外,还可以完成HIL仿真,即半实物仿真。可以将被控对象电路模型下载到SP6000中进行实时仿真,目前已完成测试的拓扑包括Boost、Buck、H桥、三相两电平全桥、隔离型DCDC以及PMSM等,其支持的最小仿真步长可以达到5us,完全可以满足验证性实验。

 

二、YXSPACE-SP6000简介

 

研旭公司推出的YXSPACE产品系列,能够将用户设计的图形化的高级语言编写的控制算法(Simulink)转换成DIDO、AIAO量,完成实际硬件控制。同时通过YX-VIEW6000监控组态软件,对控制器进行实时监控,从而完成模型的调试与验证。其基本控制框图如下所示:

 

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,通过研旭提供的simulink驱动库,将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后,通过编译工具产生可执行文件,下载至SP6000仿真机中运行,对被控对象进行实际控制。

 

研旭SP6000仿真机配套软件YXSPACE-VIEW6000(以下简称VIEW6000)主要用于配置仿真机外设的工作模式,同时可以实时监测控制过程中的各类运行量,包括采集量、中间控制变量等。VIEW6000采用组态式架构,用户只需随意托拉控件就可以搭建属于自己的监控界面。用户可以借助6类控件,可以便捷的了解仿真机的控制过程。

 

 

三、SP6000仿真机资源

 

研旭SP6000仿真机,采用插卡式结构,基本配置包含CPU板卡、2块模拟采集ADC板卡、模拟输出DAC板卡、数字输出DO板卡、数组输入DI板卡、两块脉宽调制PWM板卡、正交编码QEP/捕获CAP板卡。其板卡配置安装图如下:

 

 

 

四、YXSPACE独特优点

 

  • ·采用高端DSP芯片作为主运算核心,仿真速度更快,资源更丰富,其仿真结果针对实际研究更具有参考性;
  • ·在Matlab中设计的控制算法自动生成代码,自动加载到实时目标机中运行,避免了繁琐的编程和Debug工作
  • ·使用门槛低,会Matlab仿真即可完成实验测试工作,所有测试工作只需一人即可完成
  • ·模型与硬件接口链接简单,只需记住端口编号即可,更不用配置硬件各类细节,免去一切不必要的麻烦;
  • ·性价比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。
  • ·具备自主编写的驱动库,可以直接导入到Simulink库中,用户可以直接在Matlab软件中拖动相应的硬件元件库,将模型中的数据直接与硬件对接,无需再花费时间去查询硬件映射。多种库文件,可适用于各种工程调试需求。
  • ·用户可以随意拖拽即可完成与硬件的连接,同时,配套了组态式的上位机,可以查看模型中任何的中间变量,可随时观测各种关键变量,从而做出相应参数上的更改。
  • ·可以完成HIL仿真,最小仿真步长支持5us。   

        

五、YXSPACE-VIEW软件

 

研旭公司专门为SP6000研发了一套上位机监控软件VIEW6000软件,采用组态式交互界面,方便用户灵活、方便的查看仿真机的工作信息。

 

VIEW6000软件中包含控制器设置以及组态区。其中控制器设置界面共有4类控制器设置,包括仿真步长设置,DO控制源设置,QEP/CAP模式设置,PWM模块设置。

 

 

组态区主要包括功能按钮、组态控件、工作区等。

 

 

在实际使用中,用户只需用鼠标拖动各类控件,移至工作区当中,位置根据需求随意放置。双击控件即可设置控件的地址号,这样可完成控件与模型或者硬件的建立关系,操作及其简便。

 

包括如下几类控件:

 

 

六、SP6000独有驱动库

 

研旭自行开发了Simulink驱动库,如下图所示:

 

   

在Simulink的库浏览栏中,添加研旭的驱动库,右侧就可以添加各类驱动支持驱动模块,如ADC模块,DAC模块,DI模块,PWM模块,编码器模块以及示波器模块等。用户通过在模型中调用这些驱动模块,就可以将模型与硬件对应起来。

 

双击ADC驱动,如下图所示:

 

 

驱动信息为16位精度ADC,最高采样率为200KHz。其中ADC_A_CH1表示ADC的第一通道。每个驱动模块都有唯一的通道号,与硬件接口编号一一对应。

 

双击PWM驱动如下图所示:

 

 

驱动信息为PWM_I的第一通道A的占空比值,数据类型为16位无符号。

 

双击DAC驱动如下图所示:

 

 

DAC驱动信息为DAC_Channel1第一通道模拟输出,精度为16位,最高输出频率可以达到100Khz,输出范围-10V--+10V。

 

双击示波器驱动如下图所示:

 

 

Scope Channel 1表示第一通道示波器,与VIEW6000软件的示波器控件波一一对应。

 

七、SP6000实际控制案例

  • RCP实例:实现三相并网逆变器算法。

 

第一步:搭建Simulink模型,如下图所示:

 

 

第二步:搭建组态软件,实现监控功能。

第三步:将DIDO以及AIAO接口与功率电路部分连接好;此处功率电路采用研旭公司的桌面型ACDC。下图为连接示意图:

 

    

第四步:下载模型到SP6000中,启动仿真,通过组态软件中的示波器控件可以观测控制波形如下图所示:通过示波器的高级功能按钮,可以查看点数的深度,更加方便分析波形数据。

 

 

 

第五步:通过录波功能,将实验过程的数据可以保存下来, 利用MATLAB的plot描点工具,将原始数据以图形形式展现出来,如下图所示三相并网电流波,然后通过plot内部自带的缩放、扩放等工具,可以对数据进行更加深入的分析。

 

 

若用户想将模型内部关键节点数据采用模拟量方式输出时,此时只需要调用SP6000的DAC模块驱动,然后通过实际示波器测量DAC接口即可。下面是将占空比与PWM信号同时测量的示波器屏幕截图,1通道为PWM实际输出波形,2通道为模拟量输出的占空比波形。

 

        

  • HIL实例:实现Boost升压电路硬件在环仿真,采用SP2000作为实际控制器,采用SP6000作为Boost模型仿真机。如下图所示:

 

SP2000运行Boost控制算法模型,即采用外环电压PI控制,实现升压、稳压的作用。而SP6000运行Boost功率电路模型,包括直流电源、IGBT开关,二极管、电容,电感,电阻等器件。SP6000将内部的模拟量通过DAC板卡送出给SP2000的模拟输入ADC板卡,同时通过DI板卡接收SP2000发出的PWM信号,从而实现Boost电路的仿真。

 

Boost电路模型:

 

 

详细设计参数表格

 

名称

参数

功能描述

步长

5us

仿真步长

直流电源

400V

输入源

电感

1mH

储能、滤波

IGBT

内阻0.001Ω

理想开关

二极管

正向压降0.3V

续流

电容器

3000uF

储能、滤波

电阻

10Ω

负载

 

电路接口表格

 

模拟量

接口

数值关系

备注

电源电压400V

DAC第一通道

缩小10倍

送给SP2000的模拟输入接口

输出电压Vout

DAC第二通道

缩小20倍

送给SP2000的模拟输入接口

IGBT控制端

DI第一通道

1:1

接收SP2000的PWM信号

 

 

Boost控制算法模型:

 

 

电路接口表格

 

模拟量

接口

数值关系

备注

控制步长

2KHz

1:1

控制周期0.0005s

PWM频率

2KHz

1:1

占空比方式控制

电源电压400V

ADC第一通道

放大100倍

采集SP6000的模拟输出接口

输出电压Vout

ADC第二通道

放大20倍

采集SP6000的模拟输出接口

IGBT控制端

PWM第一通道

1:1

送给SP6000的DI接口

 

 

 

按照以上接口表格将SP2000和SP6000硬件对接:

 

接口名称

SP2000

SP6000

电源电压

ADC_CH1

DAC_CH1

输出电压Vout

ADC_CH2

DAC_CH2

IGBT控制端

PWM1A

DI1

模拟地

AGND

AGND

数字地

DGND

DGND

 

通过监控软件,可以查看BOOST的控制效果,如下图:

 

 

 

 

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