Signal Level에서 제어기 Test 시스템은 구동 제어 Unit2의 내부 인터페이스, 즉 Gate 드라이버와 전류 변환기의 신호와 연결됩니다. 시험 중에 모든 전원 장치(Power electronics devices)들은 device와 분리됩니다. 이러한 접근 방식을 통해 최대로 확장이 가능하며, 전체 모델에 대한 접근이 가능해집니다.

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본 포스팅에서는dSPACE HIL(SCALEXIO)을 사용한 FPGA 기반의 시뮬레이션에 대해 이야기해보도록 하겠습니다. 높은 연산 속도가 필요한 경우, 일반적으로 FPGA 기반의 시뮬레이션이 사용됩니다. 높은 연산 속도가 필요하지 않은 경우에는 SCALEXIO로 processor 기반의 전기 모터 시뮬레이션 테스트를 수행할 수도 있습니다. 그런 다음 모터와 인버터 모델은 SCALEXIO processing Unit에서 계산됩니다.

적용 분야

▶Powertrain을 위한 전기 모터 ECU 테스트

:하이브리드와 전기 배터리 자동차

:연료전지 자동차

▶높은 기본 주파수 및 안정성을 시뮬레이션하기 위해 높은 정밀도(high precision)가 요구되는 전기 모터 제어기 테스트

▶Powertrain 개발

▶off-highway 차량 개발

주요 이점

▶PWM 스위칭 주파수에 따른 높은 오버 샘플링 속도

▶PWM 동기화가 필요하지 않음

▶전류 리플(current ripples) 시뮬레이션(PWM effect)

▶사용자 프로그래밍이 가능한 FPGA를 이용한 빠른 신호 연산

▶FPGA의 모터 및 인버터 모델

▶일반 모터와 센서에 모두 사용 가능한 개방형 FPGA 모델

▶FEM 기반 파라미터화를 통한 비선형 효과(e.g., JMAG)

▶최고 시뮬레이션 품질에 대한 500ns 미만의 샘플링 시간

▶FPGA 기반 게이트 드라이버 신호 취득

▶FPGA 기반 전류 및 위치 센서 신호 시뮬레이션

▶편리한 그래픽 시스템 구성

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짧은 Sampling time을 위한 FPGA

DS2655 FPGA 베이스 보드는 전기 모터 HIL 시뮬레이션과 같이 매우 빠르고 고해상도의 신호 처리가 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 이 보드는 강력하고 자유자재의 프로그래밍과 Field 프로그래밍이 가능한 Gate Array(FPGA), Xilinx Kintex-7 160T 또는 Kintex-7 410T 등을 포함합니다. 추가로 I/O 채널을 포함하기위해, 최대 5개의 I/O 모듈을 보드에 연결할 수 있습니다. DS2655는XSGElectric Components 라이브러리와 함께 제어기를 사용하여 Closed-loop에서의 전자장비를 시뮬레이션 하는데 필요한 빠른 반응 시간을 제공합니다.

DS2655의 I/O 채널 확장을 위해 두 개의 I/O 모듈(DS2655M1 Multi I/O 모듈, DS2655M2 Digital I/O 모듈)이 있습니다. 이 모듈들은 전기 드라이브와 같은 애플리케이션에 필요한 많은 Digital 및 Analog I/O 채널을 제공합니다.

Software 기반 FPGA 구성

HIL 시뮬레이션을 위한 SCALEXIO 시스템은 다양한 컨버터와 모터 타입을 연결할 수 있는 광범위한 I/O 하드웨어를 제공합니다. Xilinx System Generator(XSG)를 활용하여 DS2655 FPGA Base Board의 FPGA에 대한 애플리케이션을 프로그래밍할 수 있으며, RTI FPGA Programming Blockset은 I/O 및 Processor에 대한 접근을 가능하게 합니다. 프로그램은 ConfigurationDesk를통해FPGA에 다운로드할 수 있습니다.

또한 프로그램을 real-time 하드웨어에서 구현하기 전에 off-line으로 시뮬레이션 테스트가 가능합니다. 이를 통해 새로운 인터페이스나 서브 모듈의 신속한 실행 등이 필요한 상황에서 유연하게 대응할 수 있습니다.

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FPGA 기반 시뮬레이션을 위한 Plant Model

매우 높은 정밀도와 그에 상응하는 높은 샘플링 속도를 요구하는 전기 모터 제어 애플리케이션은 Field 프로그래밍이 가능한 Gate Array(FPGA)에서 가장 잘 시뮬레이션됩니다. XSG Electric Components model(Closed-loop 시뮬레이션 Component)은 DS2655 FPGA 베이스 보드(SCALEXIO)에서 실행되는 XSG(Xilinx System Generator) 모델로 구현되므로 Controller개발및 테스트에 동일한 Work-flow를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 전기 장치와 제어장치의 Closed-loop 시뮬레이션을 Real-time의 매우 높은 샘플링 속도로 수행할 수 있습니다.

Direct FPGA I/O 접근

Plant model 외에도 DS5203 및DS2655 보드의 경우, XSG Electric Components 라이브러리는 타이밍 분석 및 디지털 입력 소스 캡처와 같이 XSG Utils Library에서 향상된 I/O 기능을 제공합니다. XSG Electric Components 라이브러리와 DS5203 및 DS2655 보드는 Signal Level과 Power Level에서 E-motor 시뮬레이션에 함께 사용할 수 있습니다.

구성요소 및 특징

▶영구 자석 동기식 모터(PMSM, Permanent magnet synchronous motor)

▶Brushless DC 모터(BLDC)

▶Discontinuous conduction 모드(DCM)를 지원하는 인버터 모델

▶비동기식 농형 induction 모터

▶Resolver, sine, TTL, and Hall 엔코더

▶추가 기능을 제공하는 XSG Utils 라이브러리를 포함한 XSG Electric Components

라이브러리

▶3상 모터 모델에 대한 Delta-star connection 구성이 가능

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