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NI Single-Board RIO通用逆变器控制器特性

作者:时间:2013-02-01来源:网络收藏

概述

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/200817.htm

使用通用控制器(general-purposeinvertercontroller-GPIC)来帮助您更快地将设计中的电网功率转换器发展至大规模的商业生产与产品部署。在行业认可的LabVIEW图形化系统设计环境软件的支持下,GPIC可以方便地完成应用的设计、开发和部署。LabVIEW是直观的图形化编程环境,它使用拖放式的图形对象操作,提供各种灵活,高级的应用编程接口,可以帮助您快速地开发强大的具有专业用户接口的应用程序。

LabVIEW和GPIC让您可以方便地使用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)技术,这样您就可以定义自己的控制电路,而且与传统的用户定义硬件方法相比可以减小系统的复杂度并节约开发成本。

主要特性介绍

为先进的现场可重配置数字能源转换系统的快速商业化提供了一个革命性的嵌入式系统设计方法

传统的嵌入式设计途径平均需要一个11.5人的开发团队花费12.5个月的开发时间,使用新的开发途径可以以一个4.8人的开发团队,在6.2个月的时间完成您的开发项目,由此平均可以节省114人/月的开发工作量和$950,000美元的开发成本。

传统的寄存器级别的Verilog/VHDL编程途径需要花费百分之七十的开发成本在I/O接口的设计上,与之相反,高级的图形化系统设计工具可以让您的开发团队将百分之九十的软件开发成本集中到控制算法开发和验证测试上。

提供了经过验证的,可直接部署的嵌入式系统以及全面的图形化系统设计工具链来帮助您快速地完成基于FPGA的高级电力电子控制系统的商业部署,而不需要您具有任何关于寄存器级别的编程语言(如Verilog和VHDL)的预备知识。

针对绝大多数常见的智能电网电力电子应用系统精心选取标准的I/O接口套件和可编程FPGA,可以满足特定的控制、I/O接口、性能和成本的需求,包括用于可变交流输电系统,可再生能源发电,能量储存和变速驱动器应用的DC-AC,AD-DC,DC-DC和ACAC转换器。

具有硬件并行的赛灵思Spartan-6?FPGA芯片,含有58个DSP内核,与传统的双核DSP相比,其每美元性能高出40倍,每芯片性能高出24倍,每瓦特性能高出10倍。

嵌入了400MHz的PowerPC处理器,安装有VxWorks实时操作系统,支持智能电网网络协议DNP3,IEC60870-5和IEC61850,板上COMTRADE(IEEE37.111)数据记录和标准的三相IEC,EN和IEEE标准电能质量分析。

软件特性

图形化的联合仿真(Multisim,LabVIEWFPGA模块)

现在,您可以在一个具有完整功能的电力电子联合仿真环境中设计LabVIEWFPGA控制代码。这表示您可以在NISingle-BoardRIOGPIC上快速地开发并验证高级的高效电力电子应用和控制IP并对其进行部署,而不需要掌握VHSIC硬件描述语言如VHDL或Verilog。

Multisim是一款集成了电路仿真(SPICE)环境的仿真程序,可以帮助完成电子电路的设计,原型化和测试。您可以快速并直观地从大量预设的SPICE模型中选取电力电子元件(如电机、Buck-Boost电能转换器,电磁干扰滤波器,PWM控制器和更多相关元件)来创建电力电子电路,预设模型来自各大半导体生产厂家,例如AnalogDevices,NXP,ONSemiconductor和TexasInstruments;选取它们并放置在编辑界面上,再正确连线即可。

图1.Multisim软件环境

图1.Multisim软件环境

Multisim可以与LabVIEW完全集成,这样您就可以通过Multisim和LabVIEW之间的集成完成逐点模拟,然后将仿真结果与从连接到FPGA板卡上的实际硬件上采到到的实时数据进行对比,同步地测试您的控制算法。

图2.LabVIEWMultisim联合仿真

图2.LabVIEWMultisim联合仿真

通过LabVIEW和Multisim联合仿真,你可以在一个高保真的仿真环境中获取数字控制系统与模拟电力电子电路之间的交互,帮助您完成LabVIEWFPGA代码的开发。在LabVIEWFPGA和Multisim联合仿真的过程中,两个独立的仿真程序将同时进行非线性的时域仿真,然后在每一个时间步长结束的时候交换数据并共同决定未来的仿真步长,这样就可以带给您高度集成的精确的仿真结果。您可以得到模拟电路的高速瞬态响应行为和它与基于FPGA的控制系统之间的交互响应。例如,如果一个电感器中的电流正在振荡,仿真程序会自动地缩小步长,放慢仿真节奏来获取数字控制电路的效果。

这样,您就可以在仿真的环境中开发实际的LabVIEWFPGA代码并将其直接移植到物理的FPGA目标上,不需要花费额外的操作。LabVIEW开发环境支持完全的双向开发途径。在任何开发阶段对图形化代码所作的修改-从原型化到后期制作-系统都将自动地对应用中所有引用的代码进行更新。

算法开发工具

使用LabVIEW控制设计和仿真模块来加快系统开发并测试您的控制算法。这个模块提供了各种工具来帮助您使用传递函数,状态空间或零极点增益表达式来构建被控对象和控制模型;使用例如阶跃响应、零极点图、波特图等工具来分析系统性能以及仿真系统行为。

图3.LabVIEW控制设计和仿真模块

图3.LabVIEW控制设计和仿真模块

使用LabVIEW工具链,您可以开发各种控制算法-从简单的比例积分微分(PID)控制到高级的动态控制例如模型预测控制。您可以使用控制设计与仿真面板从基本原理开始来创建您的对象模型,或者从Multisim中导入模型。如果您想加速原型化进程,也可以将FPGA节点导入您的模型,这样可以更精确地对硬件I/O进行表示。

下面的范例展示了一个直流有刷电机驱动器控制器,该控制器使用LabVIEW控制设计与仿真模块设计,并且使用了LabVIEW和Multisim进行联合仿真。

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