モータ HILS の概要 1 はじめに モータ HILS の需要 自動車の電子化及び 電気自動車やハイブリッド車の実用化に伴い モータの使用数が増大しています 従来行われていた駆動用モータ単体のシミュレーション レシプロエンジンとモータの駆動力分配制御シミュレーションの利用に加え パワーウインドやサンルーフなどのボディー系 電動パワーステアリングやそのアシスト機能など 高度な制御 大電流の制御などが要求されています この為 モータ制御システムの開発には 電源設備や実モータを使わずに制御系の検証をする シミュレーションによる試験が重要になっています A&D のモータ HILS は インバータ / モータを用いることなく 机上で制御系全体の動きを見ながら開発 設計 動作検証を行うことが可能になります また レゾルバ入力に対応した 3 相 PWM モータコントロールボードにより モータコントローラの構築も可能です 2 1
モータを回す 実モータ (DC ブラシレスモータの例 ) を回す場合 モータコントローラから PWM 信号を出力し モータから回転信号と電流センサ信号をモータコントローラにフィードバックします 3 実機との置換え モータ HILS によるシミュレーンの例 HILS (Hardware in the Loop Simulation) 実 ECU を置換えた例 実モータを置換えた例 ECU の開発や自由度の高いモータ制御が可能 設計者の机上で電源設備やモータなしにモータコントローラの動作検証が可能 4 2
実機との置換え モータ SILS によるシミュレーンの例 SILS (Software in the Loop Simulation) 実 ECU と実モータの両方を置換えた例 設計者の机上で ECU や電源設備 実モータなしにモータとコントローラの開発 設計や動作検証が可能 5 HILS / SILS 用プラットホーム AD5435 シリーズ RPT 用途の最適機 高性能スタンドアロン コントローラ Modelサイクル max.20khz シミュレーションDSPをDual 構成 Model 駆動 Celeron-M 1.5GHz GUI 駆動 SH4 200MHz TFTカラーモニタ搭載 タッチパネル ハンドキャリー サイズ 6 3
実 ECU と仮想モータの構成 モータコントローラ ( 実 ECU) に A&D のモータシミュレータを接続する事により 設計者の机上でモータコントローラの動作検証が可能です 電源設備や実モータを使用しないため作業環境の安全が保たれます 7 モータシミュレータの概要 AD5435 + AD5430-27 の構成 AD5430-27 インターフェース AD5435 筐体に 1 枚実装可能 3 スロット占有 (23W 消費 ) デジタル信号 PWM 入力 : 6 点 予備信号入力 : 1 点 PWM 出力 : 6 点 エンコーダ出力/ ホール素子信号 : 3 点 アナログ信号 レゾルバキャリア( 励磁 ) 入力 :1 点 レゾルバ角度情報 SIN,COS :2 点 電流センサ出力(3 相出力 ) :3 点 8 4
モータシミュレータの概要 AD5435 + AD5430-27 の FPGA 部 レゾルバ模擬は FPGA 内部で持っている電気角を SIN と COS に変換して出力し 乗算器を使い入力されたキャリア信号に対し AM 変調をかける事により実現します 9 モータシミュレータの概要 AD5435 + AD5430-27 のその他機能 モータをシミュレーションするにあたって重要な点は入力された PWM 信号に対応した電流センサ信号を高速に返す必要が有ります その他の機能は AD5435 用に豊富に取り揃えてあるオプションボードを使用する事により構築可能です 10 5
インバータ / モータモデルの概要 インバータモデルとモータモデル FPGA 上で実行高速なシミュレートが可能 インバータモデル, モータモデル A&D が作成 サンプル提供 モータモデルは下記 3 種をサポート DCBL モデル IPMSM モデル JMAG IPMSM モデル 注 ) モータモデルはユーザによる変更が可能 (Xilinx ブロックセットで構築 ) JMAG は株式会社日本総合研究所の登録商標です 11 インバータ / モータモデルの構築 制御対象となるモータを高速でシミュレーションする為には 高い演算処理能力が必要になります 弊社では モデル化したインバータ / モータを FPGA 上でリアルタイム演算を行い 高い応答速度でシミュレーションするモータシミュレータを提供します モータパラメータ MATLAB/Simulink は MathWorks 社の製品です System Generator 及び ISE は Xilinx 社の製品です JMAG は 株式会社日本総合研究所の登録商標です 12 6
モータHILSの事例 IPMSM JMAGモデルによるシミュレーションの結果例 正転 逆転 シミュレーション条件 クローズドループ,速度制御 電気角周波数400Hz 入力PWM 正弦波400Hz PWM搬送波 10kHz オシロスコープの波形 上段 レゾルバ信号 下段 電流センサ信号 13 モータコントローラの事例 モータコントローラの概要 AD5435 + AD5430-18の構成 １ AD5430-18とAD5435を組み合わせる事に よりモータコントローラをMATLAB/Simulink で構築する事が可能です 14 7
モータコントローラの事例 モータコントローラの概要 AD5435 + AD5430-18の構成 ２ AD5430-18インターフェース レゾルバ入力 2ch (Sin/Cos)+励磁出力 アナログ入力 4ch 差動入力 16bitAD同時 PWM出力 6ch UH/UL/VH/VL/WH/WL 同期クロック信号出力 2ch(AD/PWM) 特徴 レゾルバ信号をダイレクトに入力可能であり 多摩川精機社製R/Dコンバータを搭載 同期クロックが２種類 タイマ 角度 あり 動作中に切り替え可能 同期クロックにより PWM出力とA/D入力の同期が可能 PWM出力のキャリア信号に対してA/Dサンプリングのディレイ時間 ディレイ角度 が設定可能 PWM出力のキャリア信号に同期してSimulinkモデルが駆動される PWM出力のキャリア信号に三角波を使用 PWM出力にデットバンド回路を実装 PWM出力のキャリア周波数が動作中に切り替え可能 15 モータコントローラの事例 モータコントローラの概要 AD5435 + AD5430-18のアプリケーション例 想定したインバータ回路 16 8
モータSILSの事例 モータSILSによるシミュレーンの例 SILS Software in the Loop Simulation モータコントローラとモータシミュレータの組合せ AD5435 + AD5430-18とAD5435 + AD5430-27 モータコントローラとモータシミュレータを組合わせることで 開発 設計 動作検証 を机上で行うことができます 仮想のモータやＥＣＵを自由に取扱うことができます また 電源設備や実モータを使用しないため 作業環境の安全が保たれます 17 AD5435とAD5430-27 モータシミュレーションボード を組み合わせる事により 実際 のインバータ モータを使わずに机上で制御系全体の動きを見ながら開発 設計 動 作検証が可能になりモータシミュレータを構築する事ができます 実際のモータHILSを構築する場合 モータ用の模擬信号の他にコイルの温度 イン バータ素子温度 故障状態信号の出力 電源電圧の入力 CAN通信等が必要になり ますが これらのモータHILSに必要な入出力信号はモータ用の模擬信号ほどのレス ポンスは必要ありません AD5435用に豊富に取り揃えてあるオプションボードを利 用することにより構築が可能になります 18 9