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YXSPACE-SP6000实时仿真机

概要信息:
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。
基本信息
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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

 

 

电路接口表格

 

 

Boost控制算法模型:

 

 

电路接口表格

 

 

按照以上接口表格将SP2000和SP6000硬件对接:

 

 

通过监控软件,可以查看BOOST的控制效果,如下图:

 

 

 

 

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