YXSPACE-SP1000 快速原型控制器

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-SP1000（以下简称SP1000）采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作为核心控制器。研旭选择此款DSP，正是由于其被广泛应用与各类新能源产品当中。所以SP1000快速控制原型在满足控制需求的情况下，更能贴近实际产品，为开发者提供更为可靠的验证结果。

 

 

二、YXSPACE-SP1000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。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，将模型中的接口与硬件驱动接口绑定后，再结合TI公司的CCS编译工具产生可执行文件，下载至YXSPACE控制器中运行。

 

研旭YXSPACE-VIEW1000软件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，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。YXSPACE-VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助这些功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。

 

 

三、SP1000控制器资源

 

研旭SP1000采用一体式结构，简洁轻便，板卡资源如下：

 

 

              

四、YXSPACE独特优点

 

采用目前市面成品常用的控制芯片作为CPU，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

保护机制齐全，此部分不需要用户实际搭建保护模型，只需配置控制量的极限值即可实现实时保护，让用户不用为安全保护费心，更多的关注于核心控制算法；

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。8种库文件，可适用于各种工程调试需求。

模型转换文件的透明化，用户可直接查看模型转换后的源码。

 

五、YXSPACE-VIEW1000软件

 

研旭公司专门为SP1000研发了一套上位机监控软件VIEW1000软件。

 

VIEW1000包括了6类监控功能，分别为功能按钮、通用DO按钮、通用DI指示灯、波形显示、设定数值、回显数值等。用户可以借助此监控功能，直观、方便的了解控制器内部运行的详细信息。

 

 

软件中包含控制器设置界面以及工作区。

 

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。

 

工作区包括功能按钮，DO设置，DI显示，设置值，以及观测值等监控功能。

 

 

建立通信：表示控制器与VIEW1000建立通信关系；

停止通信：表示控制器与VIEW1000断开通信关系；

设置：表示将设置参数文件下载至控制器中。

复位：表示对控制器整体进行复位操作；

启动仿真：通知控制器运行simulink模型；

录播：将控制器上传的值保存，以便分析查看。

 

六、SP1000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_CH1第一通道模拟输出，精度为16位，最高输出频率可以达到100Khz。

 

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VIEW1000软件波形显示的CH1对应，每个示波器驱动都有唯一的通道号，分别对应VIEW1000软件中波形显示的通道数。

 

七、模型源代码

 

在实际应用中，很多用户会提及，模型转换的文件是否透明？是否可以查看最终的源代码？答案是肯定的，用户可以查看、编辑转换后源代码，换句话说simulink内部自带的算法模块，可以透明的转换成源代码呈现在用户面前。

 

在模型开发的第一阶段，往往更加关注控制功能的实现，一旦功能实现后，接下来根据需要进行第二阶段，即模型优化阶段。但是模型的优化依据，往往需要查看模型转换的源代码。此时需要借助TI公司提供的Code Composer Studio开发环境，简称CCS，通过CCS软件导入模型转换工程，查看产生的源码文件、内存分配文件等，让用户更深了解到转换底层的信息。只有这样用户才能完成更佳的模型优化，甚至是产品级的代码优化。

 

具体导入工程的界面如下所示：在CCS环境下，用户可以方便的查看模型转换的源文件，源代码，内存配置等信息。对于反过来的模型优化具有参考意义。当然通过此环境，用户也可以直接进行代码修改，实现代码级优化，而且可以直接下载、调试，为产品级代码开发提供了条件。

 

 

八、SP1000实际案例

 

并网逆变器案例，控制器采用SP1000，功率转换采用三相全桥电路。如下图示意图所示：

 

 

Simulink模型搭建如下：

 

 

采用电压空间矢量控制算法，采集三相电网电压、三相并网电流，直流电压、直流电流等模拟量，进行有功、无功解耦，外环控制电压、内环控制电流，最终计算输出3组互补对称SVPWM波形，驱动开关器件，从而实现并网逆变器功能。

 

通过SP1000软件配置控制器为控制步长10KHz，PWM模式为互补对称模式，死区1us等,如下图所示设置界面：

 

 

然后在VIEW1000软件可以监控到电压电压波形、并网电流波形、直流电压和直流电流波形，同时可以通过静态框告知模型控制外环电压值等，如下界面所示。

 

 

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SP1000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。