多電機(jī)仿真篇丨三電機(jī)實時仿真測試應(yīng)用

隨著伺服控制技術(shù)的不斷發(fā)展，多電機(jī)控制系統(tǒng)得到了越來越多的應(yīng)用。在實體電機(jī)確定生產(chǎn)或多電機(jī)控制系統(tǒng)控制算法選用前，進(jìn)行算法效果的前期仿真評估及算法或控制器參數(shù)設(shè)計及仿真驗證，可以很大程度上減少系統(tǒng)開發(fā)周期及成本。

對多電機(jī)同步控制系統(tǒng)進(jìn)行實時仿真可有效解決此問題，但目前業(yè)內(nèi)基于FPGA納秒級實時仿真平臺大多是基于單電機(jī)設(shè)計的，如需進(jìn)行多電機(jī)實時仿真，則需要進(jìn)行FPGA的拓展和底層架構(gòu)的修改，極大增加了用戶的使用成本和學(xué)習(xí)精力。

EasyGo團(tuán)隊推出了2024版DeskSim的HIL應(yīng)用，直接支持多電機(jī)同步實時仿真，通過調(diào)用電機(jī)庫中的多種模塊可直接實現(xiàn)多電機(jī)仿真功能，大大降低多電機(jī)仿真測試的門檻和設(shè)備投入與時間成本。

上一期為大家分享了利用Easygo仿真平臺進(jìn)行雙電機(jī)系統(tǒng)的實時仿真應(yīng)用，感興趣的工程師們可以翻一下上期內(nèi)容「多電機(jī)仿真篇丨雙電機(jī)實時仿真測試應(yīng)用」，這里就不多贅述了，本期繼續(xù)為大家分享三電機(jī)系統(tǒng)的實時仿真應(yīng)用。

一、電機(jī)模型

目前EasyGo Machine常用電機(jī)庫中包含：鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)、繞線式交流感應(yīng)電機(jī)、直流電機(jī)永磁式、直流電機(jī)繞線式、直流無刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)六種，后續(xù)還在持續(xù)更新中。

基于EasyGo Machine電機(jī)庫中的模塊，用戶可以快速進(jìn)行多電機(jī)系統(tǒng)程序的搭建，搭配EasyGo DeskSim軟件將程序部署到FPGA中以不超過1.5us的步長進(jìn)行實時運行，無需進(jìn)行FPGA編譯。

下面為大家分享基于PXIBox的HIL+RCP自閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行三電機(jī)系統(tǒng)的同步仿真。

二、三電機(jī)系統(tǒng)仿真

2.1基于PXIBox的三電機(jī)系統(tǒng)仿真

PXIBox是EasyGo基于PXI總線架構(gòu)硬件平臺研發(fā)的高性能旗艦型實時仿真產(chǎn)品。其采用新款多核實時CPU+多FPGA的硬件架構(gòu)，可通過自閉換連接方式來進(jìn)行模型在環(huán)測試，也可和實際設(shè)備進(jìn)行連接來進(jìn)行硬件在環(huán)測試或快速原型驗證，是一款多功能、高性能、模塊化的實時仿真產(chǎn)品。

2.2三電機(jī)系統(tǒng)離線仿真

本次三電機(jī)系統(tǒng)采用的是直流無刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)和鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)的三電機(jī)系統(tǒng)同步仿真，仿真拓?fù)淙缦聢D所示。

直流無刷電機(jī)參數(shù)為Rs = 2.8750 Ω；定子電感Ls=8.5mH；Ψfd = 0. 175Wb；轉(zhuǎn)動慣量J = 0. 0008kg·m^2；極對數(shù)為4。

永磁同步電機(jī)參數(shù)為Rs = 1.5 Ω；電樞電感L=0.01H；Ψfd = 0. 2 Wb；轉(zhuǎn)動慣量J = 0. 1kg·m^2；極對數(shù)為3。

鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)參數(shù)為定子電阻Rs=0.896 Ω；定子電感Lls=1.94mH；轉(zhuǎn)子電阻Rr'=1.82Ω；轉(zhuǎn)子電感Llr'=2.45mH；互感Lm=46.2mH；轉(zhuǎn)動慣量J = 0. 1475kg·m^2;摩擦系數(shù)F=0.013374Nm/(rad/s)；極對數(shù)為2。

2.3三電機(jī)系統(tǒng)實時仿真

EasyGo PXIBox的標(biāo)準(zhǔn)配置為兩塊FPGA板卡（HIL(6500)+RCP(6300)）。

6500 為仿真?zhèn)龋?300為控制側(cè)，兩塊板卡相對獨立安裝在 PXIe-104 機(jī)箱總線上。FPGA 板卡 PXIe-6300推薦安裝在機(jī)箱第 2 卡槽，板卡 PXIe-6500 安裝在機(jī)箱第 3 卡槽。

在Simulink案例庫中建立“CPU+FPGA”程序，仿真拓?fù)鋱D具體如下：

在實時模型的搭建過程中，需要把離線模型的程序進(jìn)行拆分，將控制算法部署在CPU中。在FPGA系統(tǒng)中，兩個子系統(tǒng)分別對應(yīng)兩個FPGA板卡：FPGA1對應(yīng)RCP6300板卡,主要負(fù)責(zé)高速脈沖的生成和信號采集；FPGA2對應(yīng)HIL6500板卡，主要負(fù)責(zé)主電路拓?fù)浜凸r信號輸出。兩塊FPGA板卡通過外部的物理IO交互，并通過總線架構(gòu)與CPU進(jìn)行信息傳輸從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。

這樣，我們利用PXIBox就完成了三電機(jī)系統(tǒng)的demo實時仿真程序。

實時模型搭建完成后就可以載入EasyGo Desksim軟件，軟件會自動分析模型信息。在交互界面，用戶可自定義搭建交互模塊，將實時仿真設(shè)備與上位機(jī)在同一個局域網(wǎng)中連接，就可以通過EasyGo Desksim將載入的程序部署到相應(yīng)的設(shè)備中并開始運行實時仿真。

我們將直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為1500RPM，永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為300RPM，鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為1500RPM，仿真波形如下圖：

通過仿真的結(jié)果可知，PXIBox對三電機(jī)系統(tǒng)的實時仿真結(jié)果與離線仿真結(jié)果基本一致，且調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值，系統(tǒng)也能實時跟隨變化，將電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。

EasyGo Desksim可通過在線調(diào)參功能對系統(tǒng)的功率電路部分進(jìn)行實時調(diào)控，這里就不過多贅述。

基于EasyGo三電機(jī)系統(tǒng)的實時仿真測試應(yīng)用就分享到這兒啦，歡迎感興趣的工程師們一起留言溝通。

文章轉(zhuǎn)載自：公眾號【EasyGo實時仿真】