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YXSPACE-SP1000 快速原型控制器
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YXSPACE快速原型控制器
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YXSPACE-快速原型控制器
YXSPACE-SP1000 快速原型控制器
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產(chǎn)品描述
一、背景
在產(chǎn)品研發(fā)前期、算法驗(yàn)證階段，若采用實(shí)際控制器進(jìn)行控制時(shí)，存在周期長(zhǎng)、可靠性差等問(wèn)題。若采用快速控制原型（Rapid Control Prototyping簡(jiǎn)稱(chēng)RCP），那么就可以高效的、便捷的完成了前期算法的驗(yàn)證。
RCP系統(tǒng)在新能源領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，比如光伏變流器、風(fēng)機(jī)變流器、儲(chǔ)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Y(jié)XSPACE控制器中，即可實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程。從而開(kāi)發(fā)者可以不用研究任何控制芯片，以及任何嵌入式編程語(yǔ)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(lèi)產(chǎn)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(guān)系。多年來(lái)積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也接收很多合作單位的寶貴建議，從而研旭研發(fā)出快速控制原型控制器YXSPACE系列。
YXSPACE-SP1000（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SP1000）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(yīng)用與各類(lèi)新能源產(chǎn)品當(dāng)中。所以SP1000快速控制原型在滿足控制需求的情況下，更能貼近實(shí)際產(chǎn)品，為開(kāi)發(fā)者提供更為可靠的驗(yàn)證結(jié)果。
二、YXSPACE-SP1000簡(jiǎn)介
研旭公司推出的YXSPACE產(chǎn)品系列，能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計(jì)的圖形化的高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的控制算法（Simulink）轉(zhuǎn)換成DIDO、AIAO量，完成實(shí)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(qū)動(dòng)接口綁定后，再結(jié)合TI公司的CCS編譯工具產(chǎn)生可執(zhí)行文件，下載至YXSPACE控制器中運(yùn)行。
研旭YXSPACE-VIEW1000軟件主要用于配置YXSPACE控制器工作模式，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制過(guò)程中的各類(lèi)運(yùn)行量，包括采集量、中間控制變量等。YXSPACE-VIEW1000包括了6類(lèi)監(jiān)控功能，分別為功能按鈕、通用DO按鈕、通用DI指示燈、波形顯示、設(shè)定數(shù)值、回顯數(shù)值等。用戶可以借助這些功能，直觀、方便的了解控制器內(nèi)部運(yùn)行的詳細(xì)信息。
三、SP1000控制器資源
研旭SP1000采用一體式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)潔輕便，板卡資源如下：
四、YXSPACE獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)
?采用目前市面成品常用的控制芯片作為CPU，其仿真結(jié)果針對(duì)實(shí)際研究更具有參考性；
?在Matlab中設(shè)計(jì)的控制算法自動(dòng)生成代碼，自動(dòng)加載到實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)中運(yùn)行，避免了繁瑣的編程和Debug工作
?使用門(mén)檻低，會(huì)Matlab仿真即可完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作，所有測(cè)試工作只需一人即可完成
?保護(hù)機(jī)制齊全，此部分不需要用戶實(shí)際搭建保護(hù)模型，只需配置控制量的極限值即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)，讓用戶不用為安全保護(hù)費(fèi)心，更多的關(guān)注于核心控制算法；
?模型與硬件接口鏈接簡(jiǎn)單，只需記住端口編號(hào)即可，更不用配置硬件各類(lèi)細(xì)節(jié)，免去一切不必要的麻煩；
?性價(jià)比高，在同等功能的前提下，YXSPACE成本更低。
?具備自主編寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)庫(kù)，可以直接導(dǎo)入到Simulink庫(kù)中，用戶可以直接在Matlab軟件中拖動(dòng)相應(yīng)的硬件元件庫(kù)，將模型中的數(shù)據(jù)直接與硬件對(duì)接，無(wú)需再花費(fèi)時(shí)間去查詢硬件映射。8種庫(kù)文件，可適用于各種工程調(diào)試需求。
?模型轉(zhuǎn)換文件的透明化，用戶可直接查看模型轉(zhuǎn)換后的源碼。
五、YXSPACE-VIEW1000軟件
研旭公司專(zhuān)門(mén)為SP1000研發(fā)了一套上位機(jī)監(jiān)控軟件VIEW1000軟件。
VIEW1000包括了6類(lèi)監(jiān)控功能，分別為功能按鈕、通用DO按鈕、通用DI指示燈、波形顯示、設(shè)定數(shù)值、回顯數(shù)值等。用戶可以借助此監(jiān)控功能，直觀、方便的了解控制器內(nèi)部運(yùn)行的詳細(xì)信息。
軟件中包含控制器設(shè)置界面以及工作區(qū)。
其中控制器設(shè)置界面共有4類(lèi)控制器設(shè)置，包括仿真步長(zhǎng)設(shè)置，DO控制源設(shè)置，QEP/CAP模式設(shè)置，PWM模塊設(shè)置。
工作區(qū)包括功能按鈕，DO設(shè)置，DI顯示，設(shè)置值，以及觀測(cè)值等監(jiān)控功能。
?建立通信：表示控制器與VIEW1000建立通信關(guān)系；
?停止通信：表示控制器與VIEW1000斷開(kāi)通信關(guān)系；
?設(shè)置：表示將設(shè)置參數(shù)文件下載至控制器中。
?復(fù)位：表示對(duì)控制器整體進(jìn)行復(fù)位操作；
?啟動(dòng)仿真：通知控制器運(yùn)行simulink模型；
?錄播：將控制器上傳的值保存，以便分析查看。
六、SP1000獨(dú)有驅(qū)動(dòng)庫(kù)
研旭自行開(kāi)發(fā)了Simulink驅(qū)動(dòng)庫(kù)，如下圖所示：
在Simulink的庫(kù)瀏覽欄中，添加研旭的驅(qū)動(dòng)庫(kù)，右側(cè)就可以添加各類(lèi)驅(qū)動(dòng)支持驅(qū)動(dòng)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(guò)在模型中調(diào)用這些驅(qū)動(dòng)模塊，就可以將模型與硬件對(duì)應(yīng)起來(lái)。
雙擊ADC驅(qū)動(dòng)，如下圖所示：
驅(qū)動(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)模塊都有唯一的通道號(hào)，與硬件接口編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。
雙擊PWM驅(qū)動(dòng)如下圖所示：
驅(qū)動(dòng)信息為PWM_I的第一通道A的占空比值，數(shù)據(jù)類(lèi)型為16位無(wú)符號(hào)。
雙擊DAC驅(qū)動(dòng)如下圖所示：
DAC驅(qū)動(dòng)信息為DAC_CH1第一通道模擬輸出，精度為16位，最高輸出頻率可以達(dá)到100Khz。
雙擊示波器驅(qū)動(dòng)如下圖所示：
Scope Channel 1表示第一通道示波器，與VIEW1000軟件波形顯示的CH1對(duì)應(yīng)，每個(gè)示波器驅(qū)動(dòng)都有唯一的通道號(hào)，分別對(duì)應(yīng)VIEW1000軟件中波形顯示的通道數(shù)。
七、模型源代碼
在實(shí)際應(yīng)用中，很多用戶會(huì)提及，模型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后源代碼，換句話說(shuō)simulink內(nèi)部自帶的算法模塊，可以透明的轉(zhuǎn)換成源代碼呈現(xiàn)在用戶面前。
在模型開(kāi)發(fā)的第一階段，往往更加關(guān)注控制功能的實(shí)現(xiàn)，一旦功能實(shí)現(xiàn)后，接下來(lái)根據(jù)需要進(jìn)行第二階段，即模型優(yōu)化階段。但是模型的優(yōu)化依據(jù)，往往需要查看模型轉(zhuǎn)換的源代碼。此時(shí)需要借助TI公司提供的Code Composer Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境，簡(jiǎn)稱(chēng)CCS，通過(guò)CCS軟件導(dǎo)入模型轉(zhuǎn)換工程，查看產(chǎn)生的源碼文件、內(nèi)存分配文件等，讓用戶更深了解到轉(zhuǎn)換底層的信息。只有這樣用戶才能完成更佳的模型優(yōu)化，甚至是產(chǎn)品級(jí)的代碼優(yōu)化。
具體導(dǎo)入工程的界面如下所示：在CCS環(huán)境下，用戶可以方便的查看模型轉(zhuǎn)換的源文件，源代碼，內(nèi)存配置等信息。對(duì)于反過(guò)來(lái)的模型優(yōu)化具有參考意義。當(dāng)然通過(guò)此環(huán)境，用戶也可以直接進(jìn)行代碼修改，實(shí)現(xiàn)代碼級(jí)優(yōu)化，而且可以直接下載、調(diào)試，為產(chǎn)品級(jí)代碼開(kāi)發(fā)提供了條件。
八、SP1000實(shí)際案例
并網(wǎng)逆變器案例，控制器采用SP1000，功率轉(zhuǎn)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(wǎng)電壓、三相并網(wǎng)電流，直流電壓、直流電流等模擬量，進(jìn)行有功、無(wú)功解耦，外環(huán)控制電壓、內(nèi)環(huán)控制電流，最終計(jì)算輸出3組互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)SVPWM波形，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器功能。
通過(guò)SP1000軟件配置控制器為控制步長(zhǎng)10KHz，PWM模式為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)模式，死區(qū)1us等,如下圖所示設(shè)置界面：
然后在VIEW1000軟件可以監(jiān)控到電壓電壓波形、并網(wǎng)電流波形、直流電壓和直流電流波形，同時(shí)可以通過(guò)靜態(tài)框告知模型控制外環(huán)電壓值等，如下界面所示。
通過(guò)錄波功能，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)可以保存下來(lái)， 利用MATLAB的plot描點(diǎn)工具，將原始數(shù)據(jù)以圖形形式展現(xiàn)出來(lái)，如下圖所示三相并網(wǎng)電流波，然后通過(guò)plot內(nèi)部自帶的縮放、擴(kuò)放等工具，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加深入的分析。
若用戶想將模型內(nèi)部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用模擬量方式輸出時(shí)，此時(shí)只需要調(diào)用SP1000的DAC模塊驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)實(shí)際示波器測(cè)量DAC接口即可。下面是將占空比與PWM信號(hào)同時(shí)測(cè)量的示波器屏幕截圖，1通道為PWM實(shí)際輸出波形，2通道為模擬量輸出的占空比波形。
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