FPGA高速硬件在環(huán)仿真器實(shí)現電機控制器測試

　　電機控制器將參考波形與三角載波相比較，從而確定門(mén)控制信號的狀態(tài)。

　　當時(shí)，上面一個(gè)電力電子器件的門(mén)極控制信號為高, 下面的器件的控制信號為低

　　當時(shí)，上面一個(gè)電力電子器件的門(mén)極控制信號為低, 下面的器件的控制信號為高

　　準確檢測門(mén)信號的開(kāi)關(guān)時(shí)刻對仿真器正確產(chǎn)生仿真信號來(lái)說(shuō)非常重要。否則仿真器可能產(chǎn)生抖動(dòng)、非特征諧波等不準確結果，甚至變得不穩定。下圖為PMSM電機驅動(dòng)的電流波形仿真結果。

　　PWM頻率為10 kHz?？梢钥吹?，50 kHz的仿真循環(huán)速率還不足以讓仿真器及時(shí)地檢測出開(kāi)關(guān)時(shí)刻

　　因此不能獲得精確結果。檢測結果中包含了不想要的諧波分量，使結果與期望值偏差很大。而在200 kHz的循環(huán)速率下，檢測結果就好了很多。

　　為了獲得精確結果，仿真器的采樣間隔必須比控制器的PWM周期小很多。如此高循環(huán)速率的應用使基于FPGA的方案成為理想選擇。我們的定點(diǎn)PMSM模型及定點(diǎn)BLDC模型均能在40個(gè)FPGA時(shí)鐘周期內完成一次更新運算。

　　提示：有時(shí)，期望仿真循環(huán)速率可能超過(guò)模擬了I/O所能夠達到的速率。一般此時(shí)無(wú)需更新模擬I/O(扭矩輸入、電流輸出等)來(lái)匹配仿真循環(huán)率，用戶(hù)可使用多頻編程來(lái)保持數字I/O及仿真循環(huán)處于高速率，從而用于門(mén)信號開(kāi)關(guān)時(shí)刻的精確檢測，而將模擬I/O設置于另一個(gè)循環(huán)狀態(tài)，之后再通過(guò)FIFO在兩個(gè)不同頻率的循環(huán)間傳輸數據。

　　設計的前提假設

　　a. 電力電子器件的理想開(kāi)關(guān)模型

　　將電力電子器件建模為理想開(kāi)關(guān)，當門(mén)信號為真（高）時(shí)，開(kāi)關(guān)為理想的短路電路。當門(mén)信號為假（低）時(shí)，開(kāi)關(guān)為理想的開(kāi)路電路。理想開(kāi)關(guān)模型非常適用于系統級仿真，此時(shí)我們不關(guān)心電力電子器件的寄生效應。此外，理想開(kāi)關(guān)模型可大幅提升仿真速度。

　　對于電力電子器件的熱損失，可以計算其等效電阻，并將此電阻值計入電機的總電阻。

　　b. 積分方法

　　電機的數學(xué)模型是一組微分方程。當在FPGA上仿真電機驅動(dòng)模型時(shí)，實(shí)際上是在FPGA上對這些微分方程進(jìn)行積分。由于期望的積分步長(cháng)非常的小，僅為幾微秒的量級。

　　所以用戶(hù)可選擇最簡(jiǎn)單的積分方法，如歐拉方法，此方法適用于小步長(cháng)情況。