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多相电机半实物仿真控制系统
目前，各行各业前沿的嵌入式系统开发方式已经逐渐过渡到基于模型的开发中（MBD），这与原有的人工代码开发有本质的区别。本产品就是一种快速控制原型（RCP）设备，依托半实物仿真控制系统高性能实时目标机，以及成熟的IGBT模块组，可以实现多相及多类型电机驱动的快速研发，可应用于教学、研发、测试等场合。
主要优势 | ||
l 高性能实时目标机，拥有同类产品最高的实时性能 | ||
l 全面的实时控制软件库，Simulink®模型直接运行、在线调参 | ||
l 独立七桥臂IGBT模块组，支持多种电力电子、电机控制研究开发 | ||
l 光纤隔离，板载硬件逻辑保护，安全可靠 | ||
l 丰富的预留资源，可变的系统拓扑，满足各种研发测试需要 | ||
应用领域 | ||
l 多相（五相、六相、七相）电机驱动与控制 | ||
l 双馈异步电机的驱动与控制 | ||
l 两台三相电机协同控制 | ||
l 开绕组三相电机系统研究 | ||
l 大功率DC-DC斩波电路电源系统研究 | ||
l 三相电源型二重逆变电路研究 | ||
l IGBT死区效应的研究 | ||
2.1.1半实物仿真控制系统实时目标机
半实物仿真控制系统目标机
2电机控制柜信号转接主板
信号转接主板在整个系统中介于IGBT模块组和目标机之间，起到了强弱电的隔离、信号的转换及硬件保护的作用，为上位机直接在线控制电机运行提供了硬件保障。具体区块功能如下图所示，并附说明。
信号转接板
目标机接口。信号转接主板上与目标机机箱背部接口用专用连接线相连，从目标机输入或向目标机输出信号，其中包括模数转换、数字I/O、编码器、多路PWM输出信号；
PWM输出。28路光纤发送器为IGBT模块组提供多相驱动信号，最多可输出28路PWM信号，光纤实现弱电与强电的隔离，保证电路的安全可靠；
故障输入。14路光纤接收器，接收从IGBT模块组的至多14路的故障信号，并通过板载硬件保护电路，当某相发生故障，可以快速自动切除故障模块，确保系统其他部分的安全；
AD/DA输入输出。16路ADC输入口可输入±10.24V范围内的模拟信号（一般来自传感器），并通过板载二阶低通滤波器除去噪声及纹波。4路DAC输出，DA/AD输入输出端子采用弹簧端子，避免普通接线端子螺丝滑牙的情况，操作简单可靠；
编码器。板上提供2个光电编码器的DB9接口；
其他预留接口。为方便信号的转接和可扩展，转接板上预留了普通I/O口，实现控制信号的输入或输出。
接口说明
（1）、 Analog 模拟信号部分
模拟信号由 AD1-AD5 输入 Speedgoat 电机控制专用转接板，经运算放大器 LT052 电路获得信号 ADCCH1-ADCCH32，经模拟信号接口 P2 对应引脚输出信号 ADCCH1-ADCCH32 至实时目标机。实时目标机产生的模拟信号 DACCH1-DACCH8 由模拟信号接口 P2 对应引脚输入电机控制专用转接板，经运算放大器 LT052 电路获得信号 DAC1-DAC8，经 DA1输出。
（2）、 Digital 数字信号和光信号部分
仿真控制系统输出的 PWM 脉冲信号由 Digital 数字信号接口 P1 对应引脚输出至电机控制专用转接板，经 SN75451 高速大电流开关驱动器和 HFBR1521 光纤收发座后以光信号形式输出至底板，起到隔离保护作用。底板返回的故障信号以光信号形式传输回仿真控制系统电机控制专用转接板，经 HFBR1521光纤收发座和逻辑门电路后转化为电信号，其中 IGBT1-IGBT5 为 A 组， IGBT6-IGBT10 为 B 组，IGBT11-IGBT14 为 C 组。 A、 B、 C 三组 IGBT 分别保护，一组出现故障后自锁，并点亮故障指示灯。
（3）、 编码器部分
编码器 1 的输出信号 EA1+、 EB1+、 EZ1+和编码器 2 的输出信号 EA2+、 EB2+、 EZ2+经双通道电容隔离数字隔离器后获得 QAD1A、 QAD1B、 QAD1C 和 QAD2A、 QAD2B、 QAD2C，经由数字信号接口 P1 的对应引脚输出至 Speedgoat 实时目标机。
（4）、 电源部分
POWER： 24V 电源接入。U71： F0505S-1W 电源：为编码器和双通道电容隔离数字隔离器提供 9V 电源。Z1： VRB2405D-30WH 5V/6.0A/30W DC-DC 电源模块： 24V 电压经 Z1 变换后，获得5V5V/6.0A/30W 的 VCC。Z1： URA2415D-30WH +-15V/各 1.0A/30W DC-DC 电源模块： 24V 电压经 Z2 变换后，获得15V/1.0A/30W 和-15V/1.0A/30W 的电压。
（5）、 GPIO 和 SPI
GPIO 通用型输入输出接口和 SPI 串行外设接口通过数字信号接口 P1 与仿真控制系统目标机对应引脚连接。
3电机控制柜IGBT模块组
本项目采用额定电压1200伏和连续输出电流225安培的双IGBT模块。这种模块属于紧凑型设计，便于安装和维护，同时由于其无插头和电缆的特点，降低了系统复杂性，并减少了潜在的故障点。IGBT模块特别适合于低感应系统设计，适用于各种工业和能源转换应用。
技术规格和性能特点：
额定电压：1200伏特
连续输出电流：225安培
封装类型：螺栓型，适合于EconoDUAL 3封装平台
设计特点：紧凑的模块化设计，简化了装配过程，提高了系统的可靠性
应用场景：广泛应用于需要高效率和可靠性的电力电子系统中
IGBT电机驱动模块组:14个独立模块。IGBT驱动模块集成智能驱动、自检、状态反馈等功能，并将控制部分与功率部分完全隔离。该模块驱动信号采用光纤传输，配合外围电路同时产生两路IGBT驱动信号，可提供+15V~-10V驱动电压，具有准确可靠的驱动功能和灵活可调的过流保护，同时可对电源电压进行欠压检测。
2.1.4半实物仿真控制系统软件
与MATLAB/Simulink无缝集成，支持诸多Simulink工具箱。所有软件操作都在MATLAB/Simulink中执行，无需操作第三方软件。
软件使用流程
采用业界最先进的基于Simulink实现FPGA建模和仿真技术方案，所有流程均在Simulink图形化开发环境中完成。结合MATLAB自有的FPGA代码生成工具HDL Coder，将Simulink模型转化成FPGA代码。开发人员无需了解FPGA开发的硬件和逻辑知识，只需会使用Simulink即可。工具不仅支持定点运算，还支持原生浮点运算，无需担心FPGA模型运算精度问题。整个过程按钮式操作，全自动化的工作流程：从模型到FPGA代码实现和时序分析，并最终生成位流文件。
提供相应板卡的IO接口模块，接口模块如下：
IO驱动库
整体使用流程如下：
驱动库使用流程
该软件库支持直接通过Simulink模块实现对硬件资源的配置和映射。
该软件库支持CAN总线通讯和LIN总线通讯，支持对收发的报文进行配置，支持导入dbc文件。
该软件库没有license和硬件加密设备限制，不限使用电脑和人数。
支持三种试验管理方式：1、MATLAB自带的试验管理软件Simulink Real-Time Explorer；2、Simulink的外部模式；3、用户基于MATAB App Designer灵活开发试验管理软件。
Simulink Real-Time Explorer
采用MATLAB的Simulink Real-Time工具箱自带的Simulink Real-Time Explorer软件，用于上位机界面调试及控制模型运行；Simulink Real-Time Explorer软件提供了充分的灵活性，以保证用户既可以使用自带工具控制模型运行。
Simulink Real-Time Explorer
Simulink Real-Time Explorer软件支持以拖放方式建立试验监控界面与Library无缝兼容，一起对模型、硬件、监控界面进行统一管理和配置；支持实时在线调整模型参数、在线观测模型信号波形、记录和保存数据；支持将搭建好的试验监控界面保存为特定格式的文件，后期可通过加载该文件来重现界面，无需重复搭建；支持将试验监控界面导出为exe可执行文件，没有装MATLAB的电脑也可以直接打开exe文件来进行试验管理。
Simulink的外部模式
支持Simulink的外部模式。无需借助其他软件，直接在Simulink模型界面进行试验管理；支持在Simulink模型上直接实时在线调整模型参数；支持用Simulink自带的Data Inspector工具实时在线观测信号波形和保存数据。
Simulink的外部模式
提供了API接口，用户基于MATAB App Designer自定义开发试验管理软件。
图 32 MATLAB App Designer
