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無需醉心“運算”,研旭SP2000全面升級!

無需醉心“運算”,研旭SP2000全面升級!

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【摘要】:
研旭公司推出的YXSPACE產品系列,能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法(Simulink)轉換成DIDO、AIAO量,完成實際硬件控制。

一、 背景

 

在產品研發前期、算法驗證階段,若采用實際控制器進行控制時,存在周期長、可靠性差等問題。若采用快速控制原型(Rapid Control Prototyping簡稱RCP),那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗證。

 

RCP系統在新能源領域有著巨大的應用潛力,比如光伏變流器、風機變流器、儲能變流器等電力電子變換器。只需在MATLAB的Simulink搭建控制算法模型,下載到YXSPACE控制器中,即可實現控制過程。從而開發者可以不用研究任何控制芯片,以及任何嵌入式編程語言,只需要把所有精力放在核心控制算法的研究上面。

 

南京研旭電氣科技有限公司,始終致力于新能源各類產品的研究,也與很多科研院所以及高校建立了深厚的合作關系。多年來積累了很多寶貴的經驗,同時也接收很多合作單位的寶貴建議,從而研旭研發出快速控制原型控制器YXSPACE。

 

YXSPACE-SP2000(以下簡稱SP2000)采用TI公司的C2000系列DSP-F28xx作為核心控制器。研旭選擇此款DSP,正是由于其被廣泛應用與各類新能源產品當中。所以SP2000快速控制原型在滿足控制需求的情況下,更能貼近實際產品,為開發者提供更為可靠的驗證結果。

 

二、 YXSPACE-SP2000簡介

 

研旭公司推出的YXSPACE產品系列,能夠將用戶設計的圖形化的高級語言編寫的控制算法(Simulink)轉換成DIDO、AIAO量,完成實際硬件控制。其基本控制框圖如下所示:

 

 

 

控制算法模型一般采用Matlab中的Simulink工具搭建,將模型中的接口與硬件驅動接口綁定后,再結合TI公司的CCS編譯工具產生可執行文件,下載至YXSPACE控制器中運行。

 

研旭YXSPACE-VIEW2000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式,同時可以實時監測控制過程中的各類運行量,包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW2000包括了6類組態控件,分別為遙控控件、遙信控件、遙調控件、遙測控件、示波器控件以及文字編輯控件等。用戶可以借助這些控件,直觀、方便的搭建監控界面,監控控制器內部運行的詳細信息。

 

 

 

三、 SP2000控制器資源

 

研旭SP2000采用外擴插卡式結構,簡潔輕便,板卡資源如下:

 

下圖為YXSPACE的接口圖:

 

 

四、YXSPACE獨特優點

 

  • 采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU,其仿真結果針對實際研究更具有參考性;
  • 在Matlab中設計的控制算法自動生成代碼,自動加載到實時目標機中運行,避免了繁瑣的編程和Debug工作
  • 使用門檻低,會Matlab仿真即可完成實驗測試工作,所有測試工作只需一人即可完成
  • 模型與硬件接口鏈接簡單,只需記住端口編號即可,更不用配置硬件各類細節,免去一切不必要的麻煩;
  • 性價比高,在同等功能的前提下,YXSPACE成本更低。
  • 具備自主編寫的驅動庫,可以直接導入到Simulink庫中,用戶可以直接在Matlab軟件中拖動相應的硬件元件庫,將模型中的數據直接與硬件對接,無需再花費時間去查詢硬件映射。8種庫文件,可適用于各種工程調試需求。
  • 模型轉換文件的透明化,用戶可直接查看模型轉換后的源碼。

 

五、YXSPACE-VIEW2000 軟件

 

研旭公司專門為SP2000研發了一套上位機監控軟件VIEW2000軟件。

 

VIEW2000軟件中包含控制器設置以及組態區。其中控制器設置界面共有4類控制器設置,包括仿真步長設置,DO控制源設置,QEP/CAP模式設置,PWM模塊設置。

 

 

組態區主要包括功能按鈕、組態控件、工作區等。

 

 

在實際使用中,用戶只需用鼠標拖動各類控件,移至工作區當中,位置根據需求隨意放置。雙擊控件即可設置控件的地址號,這樣可完成控件與模型或者硬件的建立關系,操作及其簡便。

 

包括如下幾類控件:

 

 

 

六、SP2000獨有驅動庫

 

研旭自行開發了Simulink驅動庫,如下圖所示:

 

 

在Simulink的庫瀏覽欄中,添加研旭的驅動庫,右側就可以添加各類驅動支持驅動模塊,如ADC模塊,DAC模塊,DI模塊,PWM模塊,編碼器模塊以及示波器模塊等。用戶通過在模型中調用這些驅動模塊,就可以將模型與硬件對應起來。

 

雙擊ADC驅動,如下圖所示:

 

 

驅動信息為16位精度ADC,最高采樣率為200KHz。其中ADC_A_CH1表示ADC的第一通道。每個驅動模塊都有唯一的通道號,與硬件接口編號一一對應。

 

雙擊PWM驅動如下圖所示:

 

 

驅動信息為PWM_I的第一通道A的占空比值,數據類型為16位無符號。

 

雙擊DAC驅動如下圖所示:

 

 

DAC驅動信息為DAC_Channel1第一通道模擬輸出,精度為16位,最高輸出頻率可以達到100Khz,輸出范圍-10V--+10V。

 

雙擊示波器驅動如下圖所示:

 

   

Scope Channel 1表示第一通道示波器,與VIEW2000軟件的示波器控件波一一對應。

 

七、模型源代碼

 

在實際應用中,很多用戶會提及,模型轉換的文件是否透明?是否可以查看最終的源代碼?答案是肯定的,用戶可以查看、編輯轉換后源代碼,換句話說simulink內部自帶的算法模塊,可以透明的轉換成源代碼呈現在用戶面前。

 

在模型開發的第一階段,往往更加關注控制功能的實現,一旦功能實現后,接下來根據需要進行第二階段,即模型優化階段。但是模型的優化依據,往往需要查看模型轉換的源代碼。此時需要借助TI公司提供的Code Composer Studio開發環境,簡稱CCS,通過CCS軟件導入模型轉換工程,查看產生的源碼文件、內存分配文件等,讓用戶更深了解到轉換底層的信息。只有這樣用戶才能完成更佳的模型優化,甚至是產品級的代碼優化。

 

具體導入工程的界面如下所示:在CCS環境下,用戶可以方便的查看模型轉換的源文件,源代碼,內存配置等信息。對于反過來的模型優化具有參考意義。當然通過此環境,用戶也可以直接進行代碼修改,實現代碼級優化,而且可以直接下載、調試,為產品級代碼開發提供了條件。

 

 

八、SP2000實際案例

 

并網逆變器案例,控制器采用SP2000,功率轉換采用三相全橋電路。如下圖示意圖所示:

 

     

Simulink模型搭建如下:

 

 

采用電壓空間矢量控制算法,采集三相電網電壓、三相并網電流,直流電壓、直流電流等模擬量,進行有功、無功解耦,外環控制電壓、內環控制電流,最終計算輸出3組互補對稱SVPWM波形,驅動開關器件,從而實現并網逆變器功能。

 

通過SP2000軟件配置控制器為控制步長10KHz,PWM模式為互補對稱模式,死區1us等,如下圖所示設置界面:

 

 

然后在VIEW2000軟件通過示波器控件可以監控到電壓電壓波形、并網電流波形、直流電壓和直流電流波形,同時可以通過遙調控件告知模型控制有功、無功值等,如下界面所示。

 

 

通過錄波功能,將實驗過程的數據可以保存下來, 利用MATLAB的plot描點工具,將原始數據以圖形形式展現出來,如下圖所示三相并網電流波,然后通過plot內部自帶的縮放、擴放等工具,可以對數據進行更加深入的分析。

 

 

若用戶想將模型內部關鍵節點數據采用模擬量方式輸出時,此時只需要調用SP2000的DAC模塊驅動,然后通過實際示波器測量DAC接口即可。下面是將占空比與PWM信號同時測量的示波器屏幕截圖,1通道為PWM實際輸出波形,2通道為模擬量輸出的占空比波形。

 

 

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