电机的多种用途
电机在汽车行业的应用范围不断扩大,其在绿色能源领域的应用也为嵌入式控制系统开发人员和测试工程师带来了新的挑战,速度便是其一。电子驱动引擎控制单元(ECU)控制算法的运行速度必须远快于内部燃烧引擎的动力传达ECU。更快的速度需求使得传统的HIL测试不足以支持测试电机ECU。而电机的仿真必须具备高仿真精度,HIL测试系统则必须在1 µs的时间内执行仿真模型,以充分显示电机的实际操作。之前,高精度仿真和高速度运行似乎不可能并存,许多测试工程师不得不因此采用更为昂贵的测功器或现场测试来验证他们的嵌入式软件。
图2. 该略图显示了电机控制系统测试的不同阶段。
基于有限元分析(FEA)仿真的益处
在FEA仿真中,电机模型极其精确,且具有高精度,可充分体现电机中的非线性。然而,这种高精真的仿真耗时严重,之前来说还是天方夜谭。设计工程师们不得不测量电机参数,并在后处理过程中进行数据分析。对于复杂的电机模型,该过程需要花费数个小时。NI与
NI VeriStand具备开放的框架,可通过实时插件创建特定应用功能,这为测试系统提供了最大的灵活性。您可以借助NI VeriStand的JMAG附件在HIL测试中运行具有高精度的实时模型。它能够启动内联FEA仿真,将分析时间从几小时缩短至微秒。您还可在NI PXI实时控制器上运行具备中等精度的FEA模型,其仿真步长约为20至30μs。在基于NI RIO的FPGA上运行FEA模型,可实现对仿真度要求极高的应用程序。这些基于FPGA的模型的步长可低达1µs。JMAG电机模型库拥有各种不同类型的电机,可与多种电机型号进行匹配。您能够将可定制度高的模型修改成特定的电机类型,从而避免创建自定义模型。
图4. 该电机仿真图说明了,根据自身的应用需求,您在不同的终端上应该如何部署针对NI VeriStand的JMAG附加软件。
NI VeriStand和针对NI VeriStand的JMAG附加软件可在NI PXI实时控制器和NI RIO FPGA I/ O设备上运行。NI PXI提供了多种高速和高精度的I / O模块,可确保您获取所需的I / O,来满足特定的应用需求。除了实时的PXI功能,PXI的NI RIO模块在FPGA上还具备极高的处理速度。NI PXIe-7965R极高的性能让您放心借助FPGA进行模型计算,即使是在具备最高精度的JMAG-RT FEA模型上也可行。
模型 |
运行终端 |
仿真精度 |
实时仿真速度 |
理想运行终端硬件 |
基本运行终端硬件 |
FEA与JMAG |
Windows |
高 |
非实时: 数分钟至数小时 |
NI PXIe-8133 |
Windows PC |
D-Q模型与常量参数 |
Windows LabVIEW实时 |
低 |
20至30 µs |
NI PXIe-8133 RT |
NI PXIe-8108 RT实时控制器 |
NI FPGA |
中 |
1至2 µs |
用于NI FlexRIO的NI PXIe-7965R FPGA模块 |
NI PXI-7854R R系列多功能RIO |
|
D-Q模型与JMAG-RT |
Windows LabVIEW实时 |
中 |
20至30 µs |
NI PXIe-8133 RT |
NI PXIe-8108 RT实时控制器 |
NI FPGA |
中 |
2至3 µs |
用于NI FlexRIO的NI PXIe-7965R FPGA模块 |
NI PXI-7854R R系列多功能RIO |
|
JMAG空间谐波模型 |
Windows LabVIEW实时 |
中 |
20至30 µs |
NI PXIe-8133 RT |
NI PXIe-8108 RT实时控制器 |
NI FPGA |
高 |
1 µs |
用于NI FlexRIO的NI PXIe-7965R FPGA模块 |
用于NI FlexRIO的NI PXIe-7965R FPGA模块 |
总结
在真实系统中测试多种顺变电流以及故障情况往往很麻烦或难操作,但这一点可通过实时高精度电机仿真实现。在这之前,通过HIL测试以及标准电机D-Q模型来实现许多情况,例如电机终端上或直流和交流总线间的故障仿真,几乎不可能完成。
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