基于PAC的电机控制器快速控制原型的研究

摘要：电机控制器的开发是电动汽车开发中的重要环节。文中提出了一种基于NI Compact RIO可编程自动化控制器(PAC)的电机控制器快速控制原型(RCP)的方法。通过对PAC的主要架构、功能、实现形式进行阐述，结合永磁同步电机磁场定向控制方法，阐述了Compact RIO在电机控制器快速控制原型的具体实现方法。试验证明，基于PAC的快速控制原型方法适用于电动汽车用电机控制器的开发。
关键词：可编程自动化控制器(PAC)；LabVIEW FPGA；电机控制；快速控制原型

电动汽车用电机控制器的开发具有小批量、面向不同对象的特点，因此对开发方法应具有周期短，成本低的特点，同时控制器应该具有较强可重用性和可靠性，且能满足复杂控制算法执行和参数可在线调节。传统的电机控制器开发一般有3种：基于可编程逻辑控制器(PLC)的电机控制器开发；基于专用电机控制的集成电路(IC)的电机控制器开发；基于微处理器(MCU)的电机控制器开发。这3种技术各有优缺点及其应用场合：基于PLC的电机控制开发拥有成熟的开发软件，开发周期短，且PLC运行可靠稳定，但不能实现复杂的控制算法；基于IC的电机控制器虽然其单个成本低，但其开发周期长、开发成本高、具有不可重配置性；基于MCU的电机控制器开发虽然可以运行复杂的控制算法，但还是存在系统的通用性较弱、开发周期长的缺点。随着技术的不断发展，现在出现一种结合这几种优点的适用于电动汽车电机控制系统的开发平台——基于可编程自动控制器(PAC)的电机控制器快速控制原型平台。
笔者以美国国家仪器(NI)的CompactRIO为例，首先阐明了PAC平台的定义和主要特点，然后结合永磁同步电机的磁场定向控制技术特点，简述了如何通过Compact RIO平台实现磁场定向控制的快速控制原型开发。

1 NI Compact RIO PAC平台
可编程自动化控制器(PAC)是集计算机技术、自动控制技术、仪表技术和网络通信技术为一体的自动控制装置。由表1可看出PAC既具有传统PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，又具有PC的高速运算、丰富的编程语言、方便的网络连接优势。

Compact RIO可编程自动化控制器是NI推出的一款低成本、可重新配置的控制和采集系统。其采用可重新配置I／O(RIO)FPGA技术，以及开放式的模块化结构，使用户可根据具体的项目需求配备不同的模块从而可以实现多领域的控制需求。同时，RIO核心具有内置式数据传输机制，可将数据传输到嵌入式处理器，用于实时分析、事后处理、数据记录并且可以联网与主机系统进行交互。此外，NI LabVIEW是一个开放而灵活的开发环境，能够与多种工业硬件无缝连接，将基于配置的开发方式和编程语言紧密结合起来。图1所示为Compact RIO的功能图。