Easygo仿真平臺(tái)雙電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用案例

電機(jī)學(xué)是電氣工程的核心學(xué)科，深入研究和探討了電動(dòng)機(jī)的工作原理、設(shè)計(jì)控制方法、系統(tǒng)優(yōu)化以及在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)的重要?jiǎng)恿υ?，其發(fā)展歷程與生產(chǎn)力的發(fā)展緊密相連，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的不斷創(chuàng)新也推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的提升。

電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，種類(lèi)繁多、性能各異，因此分類(lèi)方法也有很多種。以下是一些常見(jiàn)的分類(lèi)方式：

▍按工作電源分類(lèi)：分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)

▍按結(jié)構(gòu)及工作原理分類(lèi)：分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)

▍按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類(lèi)：分為鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)和繞線式交流感應(yīng)電機(jī)

國(guó)內(nèi)虛擬研究平臺(tái)多基于單電機(jī)設(shè)計(jì)，而實(shí)際工業(yè)中多電機(jī)配合工作更為常見(jiàn)，如機(jī)器人、3D打印機(jī)等。多電機(jī)同步控制在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中廣泛存在，但目前基于FPGA納秒級(jí)實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)多為單電機(jī)設(shè)計(jì)，進(jìn)行多電機(jī)實(shí)時(shí)仿真需要進(jìn)行FPGA拓展和底層架構(gòu)修改，增加了使用成本和學(xué)習(xí)精力。

為解決這一問(wèn)題，EasyGo團(tuán)隊(duì)推出了2024版DeskSim的HIL應(yīng)用，直接支持多電機(jī)同步實(shí)時(shí)仿真，可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)仿真功能，降低了多電機(jī)仿真測(cè)試的門(mén)檻和成本。 ? ?

今天我們?yōu)榇蠹曳窒?strong>利用Easygo仿真平臺(tái)進(jìn)行雙電機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用。

電機(jī)模型

目前EasyGoMachine常用電機(jī)庫(kù)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(wú)刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)六種，后續(xù)還在持續(xù)更新中。

利用EasyGoMachine電機(jī)庫(kù)中的模塊，可以快速進(jìn)行多電機(jī)系統(tǒng)程序的搭建，搭配EasyGoDeskSim軟件將程序部署到FPGA中以不超過(guò)1.5us的步長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行，無(wú)需進(jìn)行FPGA編譯。

以上為EasyGo Machine常用電機(jī)庫(kù)中的六種電機(jī)的配置參數(shù)。

基于EasyGoMachine的電機(jī)模塊、EasyGoDeskSim軟件和實(shí)時(shí)仿真設(shè)備，用戶(hù)就可以快速搭建任意的多電機(jī)仿真程序并進(jìn)行驗(yàn)證。

雙電機(jī)系統(tǒng)仿真

下面為大家分享基于EasyGo CBox+NetBox的系統(tǒng)進(jìn)行雙電機(jī)系統(tǒng)的同步仿真。

CBox是一款快速原型控制器產(chǎn)品，采取CPU+FPGA的硬件架構(gòu)，幫助用戶(hù)在安全舒適的實(shí)驗(yàn)室快速調(diào)試和驗(yàn)證控制算法，而NetBox是一款基于FPGA架構(gòu)的一體化電力電子FPGA實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，搭配EasyGoDeskSim軟件，就可以完成實(shí)時(shí)仿真設(shè)備的部署模型，系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)的下發(fā)與監(jiān)測(cè)，從而高效進(jìn)行模型在環(huán)硬件仿真實(shí)驗(yàn)。

01 ? 雙電機(jī)系統(tǒng)離線仿真

本次仿真測(cè)試采用的是永磁同步電機(jī)和鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)雙電機(jī)系統(tǒng)同步仿真，仿真拓?fù)淙鐖D所示。

永磁同步電機(jī)參數(shù)為：Rs= 0.0485 Ω；電樞電感L=0.395mH；Ψfd= 0. 1194 Wb；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J= 0. 0027kg·m2；極對(duì)數(shù)為3。

鼠籠式交流感應(yīng)電機(jī)參數(shù)為：定子電阻Rs=0.896Ω；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(dòng)慣量J= 0. 1475kg·m^2；摩擦系數(shù)F=0.013374Nm/(rad/s)；極對(duì)數(shù)為2。

02 ? 雙電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真

我們使用NetBox仿真器來(lái)進(jìn)行雙電機(jī)電路的實(shí)時(shí)仿真，仿真步長(zhǎng)為1us；使用CBox作為控制器，控制速率設(shè)為10khz，來(lái)完成閉環(huán)仿真測(cè)試。

利用EasyGoMachine模塊，DeskSim可以把模型直接部署到FPGA進(jìn)行快速仿真，仿真拓?fù)淙缦聢D所示。

這樣，我們就完成了雙電機(jī)系統(tǒng)的demo實(shí)時(shí)仿真程序。

實(shí)時(shí)模型搭建完成后就可以載入Desksim軟件，軟件會(huì)自動(dòng)分析模型信息。

在交互界面，用戶(hù)可自定義搭建交互模塊，將實(shí)時(shí)仿真設(shè)備與上位機(jī)在同一個(gè)局域網(wǎng)中連接，就可以通過(guò)Desksim將載入的程序部署到相應(yīng)的設(shè)備中并開(kāi)始運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真。

我們將永磁同步電機(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，轉(zhuǎn)矩均設(shè)置為10，仿真波形如下圖：

通過(guò)仿真的結(jié)果可知，基于CBox+NetBox 的雙電機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)跟隨變化，將電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值。

EasyGoDesksim可通過(guò)在線調(diào)參功能對(duì)系統(tǒng)的功率電路部分進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，這里就不過(guò)多贅述。

審核編輯：黃飛

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