dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院電工電能新技術(shù)研究室Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用n dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)n 采用采用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)n DS1103單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介n dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用目目 錄錄1 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 采用采用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)時(shí)仿真系

2、統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)n DS1103單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介n dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用目目 錄錄2 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括系統(tǒng)建模、算法設(shè)計(jì)、軟硬傳統(tǒng)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般包括系統(tǒng)建模、算法設(shè)計(jì)、軟硬件的設(shè)計(jì)以及性能測(cè)試等；涉及控制理論、機(jī)電技術(shù)、軟件開發(fā)件的設(shè)計(jì)以及性能測(cè)試等；涉及控制理論、機(jī)電技術(shù)、軟件開發(fā)、電路設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)。、電路設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)。dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)

3、仿真系統(tǒng) 設(shè)計(jì)人員不僅需要進(jìn)行軟件編程和查錯(cuò)，還需進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，一設(shè)計(jì)人員不僅需要進(jìn)行軟件編程和查錯(cuò)，還需進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，一方面對(duì)科研人員能力要求較高，再者會(huì)導(dǎo)致開發(fā)時(shí)間過長。方面對(duì)科研人員能力要求較高，再者會(huì)導(dǎo)致開發(fā)時(shí)間過長。 對(duì)于這種順序的開發(fā)過程，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就必須從頭開始重新進(jìn)行設(shè)對(duì)于這種順序的開發(fā)過程，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就必須從頭開始重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，延誤項(xiàng)目進(jìn)度。計(jì)，延誤項(xiàng)目進(jìn)度。3 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 計(jì)算機(jī)離線仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)離線仿真技術(shù) 在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)開發(fā)過程中在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)開發(fā)過程中，對(duì)于系統(tǒng)建模和算法設(shè)計(jì)多，

4、對(duì)于系統(tǒng)建模和算法設(shè)計(jì)多采用計(jì)算機(jī)離線仿真手段，計(jì)采用計(jì)算機(jī)離線仿真手段，計(jì)算機(jī)仿真通過數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)算機(jī)仿真通過數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的仿真。實(shí)際系統(tǒng)的仿真。 但這種仿真的真實(shí)性很大程度但這種仿真的真實(shí)性很大程度上依賴于模型的精確程度。對(duì)上依賴于模型的精確程度。對(duì)于某些復(fù)雜的時(shí)變多變量系統(tǒng)于某些復(fù)雜的時(shí)變多變量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確的建立，的數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確的建立，使得計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用受到限使得計(jì)算機(jī)仿真的應(yīng)用受到限制。制。dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)4 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 實(shí)時(shí)仿真技術(shù)實(shí)時(shí)仿真技術(shù) 又稱為半實(shí)物仿真技術(shù)，把計(jì)

5、算機(jī)仿真的數(shù)學(xué)模型直接下載到實(shí)又稱為半實(shí)物仿真技術(shù)，把計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)學(xué)模型直接下載到實(shí)時(shí)硬件中，并連接真實(shí)設(shè)備和測(cè)試儀器，完成系統(tǒng)的聯(lián)合仿真和時(shí)硬件中，并連接真實(shí)設(shè)備和測(cè)試儀器，完成系統(tǒng)的聯(lián)合仿真和實(shí)驗(yàn)。（實(shí)驗(yàn)。（LabVIEW、dSPACE、RT-LAB、RTX等）等）dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) 能夠?qū)刂扑惴ɑ蛳到y(tǒng)模型能夠?qū)刂扑惴ɑ蛳到y(tǒng)模型在運(yùn)行過程中的具體狀態(tài)進(jìn)在運(yùn)行過程中的具體狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，直觀地驗(yàn)證仿行準(zhǔn)確描述，直觀地驗(yàn)證仿真結(jié)果。真結(jié)果。 提高了仿真結(jié)果的置信度。提高了仿真結(jié)果的置信度。 提高設(shè)計(jì)和開發(fā)效率，降低提高設(shè)計(jì)和開發(fā)效率，降低開發(fā)費(fèi)用。開發(fā)費(fèi)用。5 / 5

6、8Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng) dSPACE(digital Signal Processing And Control Engineering)實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是德國仿真系統(tǒng)是德國dSPACE公司開發(fā)的一套基于公司開發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)環(huán)境下的開發(fā)及測(cè)試工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和的控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)環(huán)境下的開發(fā)及測(cè)試工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和Simulink的無縫連接。的無縫連接。 dSPACE 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) dSPACE 軟件軟件 RTI（離線工具與實(shí)時(shí)工具的接口）（離線工具與實(shí)時(shí)工具的接口

7、） ControlDesk（測(cè)試和實(shí)驗(yàn)軟件工具）（測(cè)試和實(shí)驗(yàn)軟件工具） dSPACE 硬件硬件 單板系統(tǒng)單板系統(tǒng) 組件系統(tǒng)組件系統(tǒng) dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)6 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)Page 7Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 硬件體系硬件體系 單板系統(tǒng)單板系統(tǒng) CPU與外圍與外圍I/O集成集成 DS1103及及DS1104處理器板處理器板 組件系統(tǒng)組件系統(tǒng) 處理器板處理器板 I/O板板 多處理器系統(tǒng)多處理

8、器系統(tǒng) 其他其他 擴(kuò)展箱擴(kuò)展箱 單主機(jī)多系統(tǒng)的連接板單主機(jī)多系統(tǒng)的連接板 連接器和連接器和LED板板dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)8 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 硬件產(chǎn)品硬件產(chǎn)品單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS1103 通過單一板實(shí)施快速控制原型設(shè)計(jì)通過單一板實(shí)施快速控制原型設(shè)計(jì) 填補(bǔ)填補(bǔ) DS1102 和標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)之間的空白和標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)之間的空白 支持高性能處理器支持高性能處理器 PowerPC PPC604e 內(nèi)置綜合內(nèi)置綜合 I/O 功能功能 8 D/A 20 A/D 32 數(shù)字?jǐn)?shù)字I/O RS232/RS422 三相及單相三

9、相及單相PWM CAN接口接口 dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)9 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 軟件體系軟件體系 實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)軟件 算法代碼生成算法代碼生成 Matlab/Simulink/RTW C語言開發(fā)語言開發(fā) RTI 編譯器編譯器 實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)驗(yàn)軟件 ControlDesk MLIB/MTRACE CLIB 產(chǎn)品代碼生成軟件產(chǎn)品代碼生成軟件 TargetLinkdSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)10 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 軟件體系軟件體系dSPACE

10、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)11 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 軟件產(chǎn)品軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)軟件RTI 離線工具與實(shí)時(shí)工具的接口離線工具與實(shí)時(shí)工具的接口 結(jié)合結(jié)合Simulink和和 Stateflow框圖模型框圖模型自動(dòng)自動(dòng)在實(shí)時(shí)硬件上運(yùn)行在實(shí)時(shí)硬件上運(yùn)行 以圖形化方式對(duì)所有以圖形化方式對(duì)所有I/O接口進(jìn)行設(shè)置接口進(jìn)行設(shè)置 結(jié)合結(jié)合RTW自動(dòng)代碼生成并下載到實(shí)時(shí)自動(dòng)代碼生成并下載到實(shí)時(shí)硬件上硬件上 支持軟件和硬件中斷等任務(wù)模式支持軟件和硬件中斷等任務(wù)模式 自動(dòng)激活編譯器編譯和鏈接模型自動(dòng)激活編譯器編譯和鏈接模型 支持多處理器系統(tǒng)支持多

11、處理器系統(tǒng)dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)RTWMATLABSimulinkStateflowRT-SoftwareRT-HardwareReal-Time Interface12 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 軟件產(chǎn)品軟件產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)驗(yàn)軟件ControlDesk 將多種功能集成在一個(gè)軟件之中將多種功能集成在一個(gè)軟件之中dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)13 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE 軟件產(chǎn)品軟件產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)驗(yàn)軟件ControlDesk 硬件管理硬件管理 虛

12、擬儀表、數(shù)據(jù)采集虛擬儀表、數(shù)據(jù)采集 變量管理變量管理 參數(shù)管理參數(shù)管理dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)14 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)n DS1103單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介n dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用目目 錄錄15 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 當(dāng)今社會(huì)，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)多樣性、快速性的趨勢(shì)，控當(dāng)今社會(huì)，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)多樣性、快速性的趨勢(shì)，控制器的開發(fā)面臨著多樣性需求和快速開發(fā)之間的矛盾；

13、對(duì)控制制器的開發(fā)面臨著多樣性需求和快速開發(fā)之間的矛盾；對(duì)控制系統(tǒng)魯棒性和可靠性的要求也日趨增加，并行工程系統(tǒng)魯棒性和可靠性的要求也日趨增加，并行工程(即：設(shè)計(jì)、即：設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和生產(chǎn)準(zhǔn)備同時(shí)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)、測(cè)試和生產(chǎn)準(zhǔn)備同時(shí)進(jìn)行)被提上了日程。被提上了日程。n dSPACE為這些問題的解決創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，在開發(fā)過為這些問題的解決創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境，在開發(fā)過程中程中dSPACE為為快速控制原型快速控制原型(RCP)和和硬件在回路仿真硬件在回路仿真(HILS)提供了統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)。在快速控制原型中提供了統(tǒng)一的應(yīng)用平臺(tái)。在快速控制原型中dSPACE作為控制作為控制器與實(shí)驗(yàn)對(duì)象相連，通過器與實(shí)驗(yàn)

14、對(duì)象相連，通過Controldesk觀察控制算法的性能，如觀察控制算法的性能，如果控制算法不理想，可以很快地進(jìn)行反復(fù)修改設(shè)計(jì)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)果控制算法不理想，可以很快地進(jìn)行反復(fù)修改設(shè)計(jì)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中dSPACE充當(dāng)充當(dāng)控制對(duì)象，模擬控制對(duì)象產(chǎn)生的信號(hào)，用來檢驗(yàn)開發(fā)的控制算控制對(duì)象，模擬控制對(duì)象產(chǎn)生的信號(hào)，用來檢驗(yàn)開發(fā)的控制算法正確性和可靠性。法正確性和可靠性。采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)16 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn RCP與與HIL采用

15、采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)與控制對(duì)象實(shí)物連接與控制對(duì)象實(shí)物連接快速控制原型快速控制原型Real-Time Workshop CodePlantModelControllerModel模模 型型控制對(duì)象模型控制器模型與控制器實(shí)物連接與控制器實(shí)物連接硬件在回路仿真硬件在回路仿真Real-Time Workshop Code快速控制原型快速控制原型(RCP)硬件在回路仿真硬件在回路仿真(HIL)17 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 快速控制原型快速控制原型(RCP：Rapid Control Prototyping) 技術(shù)技

16、術(shù) 快速控制原型，是在集成了良好的便于使用的建模、設(shè)計(jì)、離線快速控制原型，是在集成了良好的便于使用的建模、設(shè)計(jì)、離線仿真、實(shí)時(shí)開發(fā)及測(cè)試工具的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的反復(fù)修改仿真、實(shí)時(shí)開發(fā)及測(cè)試工具的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)的反復(fù)修改設(shè)計(jì)及離線仿真、實(shí)時(shí)仿真，從而將錯(cuò)誤及不當(dāng)之處消除于設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)及離線仿真、實(shí)時(shí)仿真，從而將錯(cuò)誤及不當(dāng)之處消除于設(shè)計(jì)初期，使設(shè)計(jì)修改費(fèi)用減至最小。初期，使設(shè)計(jì)修改費(fèi)用減至最小。 通過將快速原型硬件系統(tǒng)與所要控制的實(shí)際設(shè)備相連，可以反復(fù)通過將快速原型硬件系統(tǒng)與所要控制的實(shí)際設(shè)備相連，可以反復(fù)研究使用不同傳感器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)系統(tǒng)的性能特征。研究使用不同傳感器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)系統(tǒng)的性能

17、特征。 還可以利用旁路（還可以利用旁路（BYPASSBYPASS）技術(shù)將原型電控單元（）技術(shù)將原型電控單元（ECUECU： Electronic Control UnitElectronic Control Unit）或控制器集成于開發(fā)過程中，從而）或控制器集成于開發(fā)過程中，從而逐步完成從原型控制器到產(chǎn)品型控制器的順利轉(zhuǎn)換。逐步完成從原型控制器到產(chǎn)品型控制器的順利轉(zhuǎn)換。 采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)18 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)19 / 58Electr

18、. Eng. & Power Convers. LABn 硬件在環(huán)仿真硬件在環(huán)仿真 (HIL：Hardware in the Loop) 技術(shù)技術(shù) 硬件在環(huán)仿真，是在新的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)束、已開發(fā)出硬件在環(huán)仿真，是在新的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)束、已開發(fā)出ECUECU并制成并制成產(chǎn)品型控制器后，將產(chǎn)品型控制器與控制對(duì)象的仿真模型連接起產(chǎn)品型控制器后，將產(chǎn)品型控制器與控制對(duì)象的仿真模型連接起來進(jìn)行仿真，從而測(cè)試產(chǎn)品型控制器的性能。來進(jìn)行仿真，從而測(cè)試產(chǎn)品型控制器的性能。 產(chǎn)品型控制器開發(fā)完成后需要在閉環(huán)下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試，但由產(chǎn)品型控制器開發(fā)完成后需要在閉環(huán)下對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試，但由于種種原因如：極限測(cè)試、失

19、效測(cè)試，或在真實(shí)環(huán)境中測(cè)試費(fèi)用于種種原因如：極限測(cè)試、失效測(cè)試，或在真實(shí)環(huán)境中測(cè)試費(fèi)用較昂貴等，使測(cè)試難以進(jìn)行；或?yàn)榱丝s短開發(fā)周期，希望在控制較昂貴等，使測(cè)試難以進(jìn)行；或?yàn)榱丝s短開發(fā)周期，希望在控制器運(yùn)行環(huán)境不存在的情況下（如：控制對(duì)象與控制器并行開發(fā)）器運(yùn)行環(huán)境不存在的情況下（如：控制對(duì)象與控制器并行開發(fā)），對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。 因此，需要進(jìn)行半實(shí)物仿真因此，需要進(jìn)行半實(shí)物仿真(HIL)(HIL)，以在開發(fā)階段的早期及時(shí)掌握，以在開發(fā)階段的早期及時(shí)掌握更多信息，從而降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。更多信息，從而降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。 采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)20 / 58

20、Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)21 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)n dSPACE V-Cycle 產(chǎn)品開發(fā)流程產(chǎn)品開發(fā)流程22 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 產(chǎn)品開發(fā)流程產(chǎn)品開發(fā)流程1采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)功能設(shè)計(jì)及離線仿真 MATLAB/Simulink 建立對(duì)象數(shù)學(xué)模型 設(shè)計(jì)控

21、制方案 進(jìn)行離線仿真23 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 產(chǎn)品開發(fā)流程產(chǎn)品開發(fā)流程2采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)快速控制原型 dSPACE 原型 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行控制器測(cè)試的可靠方案 通過自動(dòng)代碼生成工具可以在幾分鐘內(nèi)把框圖變成實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn) 多種規(guī)格的硬件 適用于不同的計(jì)算能力與I/O要求24 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 產(chǎn)品開發(fā)流程產(chǎn)品開發(fā)流程采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)代碼生成

22、 TargetLink 從MATLAB/Simulink生成定點(diǎn)代碼 可靠性、效率、可讀性能與手工代碼媲美 對(duì)于不同的控制器與編譯器可選擇不同的優(yōu)化方法 自動(dòng)定標(biāo) （scaling） 25 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE V-Cycle 產(chǎn)品開發(fā)流程產(chǎn)品開發(fā)流程4采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)代碼生成硬件在環(huán)仿真快速控制原型對(duì)模型進(jìn)行標(biāo)定校正功能設(shè)計(jì)及離線仿真 硬件在環(huán)仿真 模擬被控對(duì)象的各種工況 在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和標(biāo)定各種仿真參數(shù) 實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化，且測(cè)試過程可復(fù)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算，滿足電控單元測(cè)試的實(shí)時(shí)性

23、要求； 易于維護(hù)和擴(kuò)展測(cè)試能力。26 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/dSPACE 集成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境采用采用dSPACE進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)控制對(duì)象理論模型的建立控制對(duì)象理論模型的建立初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過離線仿真對(duì)控制系統(tǒng)測(cè)試通過離線仿真對(duì)控制系統(tǒng)測(cè)試生成模型實(shí)時(shí)代碼生成模型實(shí)時(shí)代碼通過通過ControlDesk 采集采集數(shù)據(jù)及觀測(cè)、修改變量數(shù)據(jù)及觀測(cè)、修改變量定義模型定義模型 I/O27 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

24、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)n 采用采用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)n dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用目目 錄錄28 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn DS1103簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 dSPACE推出的推出的DS1103 PPC控制器板是迄今為止所有單板系統(tǒng)中控制器板是迄今為止所有單板系統(tǒng)中功能最強(qiáng)大、功能最強(qiáng)大、I/O最豐富的開發(fā)系統(tǒng)。為了不給開發(fā)帶來任何限制最豐富的開發(fā)系統(tǒng)。為了不給開發(fā)帶來任何限制，DS1103采用了采用了PowerPC處理器來進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。處理器來進(jìn)行浮點(diǎn)

25、運(yùn)算。 DS1103擁有大量擁有大量I/O接口，使其可以滿足各種接口，使其可以滿足各種RCP應(yīng)用要求。應(yīng)用要求。 DS1103集成有集成有ADC、DAC，還配有數(shù)字，還配有數(shù)字I/O。 DS1103還配備一個(gè)以還配備一個(gè)以TI公司的公司的TMS320F240 DSP為核心的為核心的I/O從從處理器子系統(tǒng)，可用來滿足特殊的處理器子系統(tǒng)，可用來滿足特殊的I/O要求。這種要求。這種DSP可提供三相可提供三相PWM信號(hào)發(fā)生器，尤其適于電氣驅(qū)動(dòng)方面的應(yīng)用。信號(hào)發(fā)生器，尤其適于電氣驅(qū)動(dòng)方面的應(yīng)用。 DS1103擁有多路數(shù)字擁有多路數(shù)字/模擬增量編碼器接口，板載測(cè)速控制器，可模擬增量編碼器接口，板載測(cè)速控制

26、器，可對(duì)數(shù)字或模擬增量編碼器位置信號(hào)進(jìn)行解析，非常便于應(yīng)用到電對(duì)數(shù)字或模擬增量編碼器位置信號(hào)進(jìn)行解析，非常便于應(yīng)用到電氣驅(qū)動(dòng)控制和機(jī)器人設(shè)計(jì)中。氣驅(qū)動(dòng)控制和機(jī)器人設(shè)計(jì)中。單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS110329 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB DS1103集成有集成有Infineon的的CAN控制器，可以適應(yīng)汽車及自動(dòng)化方控制器，可以適應(yīng)汽車及自動(dòng)化方面的應(yīng)用。面的應(yīng)用。 DS1103可以插入可以插入dSPACE擴(kuò)展箱或擴(kuò)展箱或PC機(jī)中使用。由機(jī)中使用。由PC機(jī)負(fù)責(zé)提機(jī)負(fù)責(zé)提供電源，完成程序下載。所有的實(shí)時(shí)計(jì)算都是由供電源，完成程序下載。所有的實(shí)時(shí)計(jì)算都是由

27、PPC控制器板獨(dú)控制器板獨(dú)立執(zhí)行，只有立執(zhí)行，只有dSPACE的試驗(yàn)工具軟件并行運(yùn)行于的試驗(yàn)工具軟件并行運(yùn)行于PC主機(jī)上。主機(jī)上。單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS110330 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LAB單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS1103n DS1103架構(gòu)圖架構(gòu)圖31 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/Simulink中中RTI1103的函數(shù)庫的函數(shù)庫 RTI1103的的Simulink主視窗主視窗單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS110332 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn

28、 Matlab/Simulink中中RTI1103的函數(shù)庫的函數(shù)庫 RTI1103的的Master PowerPC函數(shù)庫函數(shù)庫單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS110333 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn Matlab/Simulink中中RTI1103的函數(shù)庫的函數(shù)庫 RTI1103的的DSP從處理器函數(shù)庫從處理器函數(shù)庫單板系統(tǒng)單板系統(tǒng)DS110334 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)n 采用采用dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)n DS

29、1103單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介單板系統(tǒng)簡(jiǎn)介目目 錄錄35 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 隨著風(fēng)電技術(shù)發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備在風(fēng)隨著風(fēng)電技術(shù)發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備在風(fēng)場(chǎng)調(diào)試存在諸多困難。場(chǎng)調(diào)試存在諸多困難。n 采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)離線仿真技術(shù)，采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)離線仿真技術(shù)，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，很對(duì)于風(fēng)電機(jī)組這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，所得到的難建立精確的數(shù)學(xué)模型，所得到的控制策略因忽略了真實(shí)實(shí)物環(huán)境因控制策略因忽略了真實(shí)實(shí)物環(huán)境因素的影響難以令人信服。素的影響難以令人信服。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用36 / 58Electr.

30、Eng. & Power Convers. LABn 基于基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，利用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，利用其與仿真軟件其與仿真軟件MATLAB/Simulink無縫連接的優(yōu)勢(shì)，采用硬件在環(huán)無縫連接的優(yōu)勢(shì)，采用硬件在環(huán)仿真技術(shù)，通過實(shí)時(shí)硬件與仿真技術(shù)，通過實(shí)時(shí)硬件與dSPACE控制器相連，構(gòu)造基于控制器相連，構(gòu)造基于dSPACE硬件在環(huán)的風(fēng)電系統(tǒng)控制硬件在環(huán)的風(fēng)電系統(tǒng)控制與測(cè)試系統(tǒng)。與測(cè)試系統(tǒng)。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用n 利用此系統(tǒng)不但可加快風(fēng)電機(jī)組主控制器的開發(fā)周期，利用此系統(tǒng)不但可加快風(fēng)電機(jī)組主控制器的開發(fā)周期，而且降低了控制器在真實(shí)風(fēng)電機(jī)組上進(jìn)行測(cè)試的風(fēng)

31、險(xiǎn)，而且降低了控制器在真實(shí)風(fēng)電機(jī)組上進(jìn)行測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)，增加了測(cè)試的安全性及可靠性。增加了測(cè)試的安全性及可靠性。37 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用38 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其變流器容量小、成本低、技術(shù)成雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因其變流器容量小、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合，尤其是大功率領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。熟等優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合，尤其是大功率領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 雙饋式風(fēng)

32、電系統(tǒng)的變流器常采用兩個(gè)三相兩電平電壓型雙饋式風(fēng)電系統(tǒng)的變流器常采用兩個(gè)三相兩電平電壓型PWM變換器以背靠背（變換器以背靠背（Back-to-Back）的形式連接。）的形式連接。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用39 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn dSPACE在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在雙饋風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)室條件下，基于實(shí)驗(yàn)室條件下，基于dSPACE的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)主要由原動(dòng)的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)主要由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及背靠背式并網(wǎng)變流器三部分組成。機(jī)、發(fā)電機(jī)及背靠背式并網(wǎng)變流器三部分組成。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電

33、系統(tǒng)中的應(yīng)用 通過轉(zhuǎn)接電路板與通過轉(zhuǎn)接電路板與dSPACE實(shí)時(shí)仿真實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)系系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制及實(shí)時(shí)狀統(tǒng)的控制及實(shí)時(shí)狀態(tài)采集，進(jìn)行風(fēng)電態(tài)采集，進(jìn)行風(fēng)電系統(tǒng)控制策略的實(shí)系統(tǒng)控制策略的實(shí)驗(yàn)與測(cè)試工作。驗(yàn)與測(cè)試工作。40 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn DS1103單板系統(tǒng)及上位機(jī)單板系統(tǒng)及上位機(jī)dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用41 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABdSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用n 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模

34、擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)42 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn ControlDesk控制界面控制界面dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用虛擬儀器可視化的測(cè)量變量可視化的模型參數(shù)在線調(diào)參數(shù)據(jù)獲取 實(shí)驗(yàn)控制開始, 停止, .參數(shù)編輯 43 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 應(yīng)用實(shí)例：基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流應(yīng)用實(shí)例：基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器控制策略器控制策略 在兩相靜止坐標(biāo)系下，提出了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的雙環(huán)在兩相靜止坐標(biāo)系下，提出了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的雙環(huán)控制策略，內(nèi)

35、環(huán)將直接功率控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合控制策略，內(nèi)環(huán)將直接功率控制與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合，既吸收了直接功率控制的快速性，也保持了滑模變結(jié)構(gòu)，既吸收了直接功率控制的快速性，也保持了滑模變結(jié)構(gòu)控制的魯棒性；外環(huán)將滑模變結(jié)構(gòu)理論引入到直流母線電控制的魯棒性；外環(huán)將滑模變結(jié)構(gòu)理論引入到直流母線電壓的控制中，在提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，兼顧了系統(tǒng)的壓的控制中，在提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，兼顧了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用44 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 網(wǎng)側(cè)變流器網(wǎng)側(cè)變流器 維持直流母線電壓的穩(wěn)定

36、。維持直流母線電壓的穩(wěn)定。 電壓外環(huán)電壓外環(huán) 實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流波形和功率因數(shù)的控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流波形和功率因數(shù)的控制。 電流電流/功率內(nèi)環(huán)功率內(nèi)環(huán)dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用Electr. Eng. & Power Convers. LAB45 / 58n 三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用gagagaga gagagbgbgbgb gbgbgcgcgcgc gcgcdddddddcga gagb gbgc gcloadieLR iutieLR iutieLR iutdUCS iS iS ii

37、dt46 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 兩相靜止（兩相靜止（-）坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型）坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型n 瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率Pg、Qg以及變換器輸出到直流側(cè)的功率以及變換器輸出到直流側(cè)的功率PdcdSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用47 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABggg gggggg gggdddd3()2dcggloadieR iLutieR iLutdUCS iS iidtgg gg ggg gg gdcloaddc3232dddcPe ie iQe ie iUPCIUtn 網(wǎng)

38、側(cè)變換器的瞬時(shí)有功功率、無功功率的變化率及直流母網(wǎng)側(cè)變換器的瞬時(shí)有功功率、無功功率的變化率及直流母線電壓的表達(dá)式線電壓的表達(dá)式dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用gggg ggs gggg ggs ggggggg ggs gggg ggs gggdcloaddcd311d2d311d2dddcPeeR iuieeR iuitLLQeeR iuieeR iuitLLUPCIUt48 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC-DPC的系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì) 控制方案設(shè)計(jì)的主要目的是得到一個(gè)輸出電壓控制量，使控制方案

39、設(shè)計(jì)的主要目的是得到一個(gè)輸出電壓控制量，使其成為變流器交流側(cè)電壓調(diào)制波，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。其成為變流器交流側(cè)電壓調(diào)制波，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用gggg ggs gggg ggs ggggggg ggs gggg ggs gggd311d2d311d2PeeR iuieeR iuitLLQeeR iuieeR iuitLLg1g2()dddd()ddddgrefggrefgd PPPStdttd QQQStdtt 49 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC-DPC的系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)

40、將上述兩式結(jié)合寫成狀態(tài)方程形式將上述兩式結(jié)合寫成狀態(tài)方程形式 將上式進(jìn)行變換將上式進(jìn)行變換 上式為功率環(huán)使用滑?？刂茣r(shí)的解耦關(guān)系式，采用上式結(jié)合滑模上式為功率環(huán)使用滑?？刂茣r(shí)的解耦關(guān)系式，采用上式結(jié)合滑?？刂破骺芍苯拥玫捷敵鲭妷嚎刂屏?，實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)控制?？刂破骺芍苯拥玫捷敵鲭妷嚎刂屏?，實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)控制。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用d=+dtpcSFDV2gggsggg12ggsgg32RUPQLLFFRQPLFggggg32eeeeLDgcguuV1cddtpSVDFElectr. Eng. & Power Convers. LAB50 / 58n 基于基于SMC的直流電壓

41、外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)的直流電壓外環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線電壓只與有功功率有關(guān)，與無功功網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線電壓只與有功功率有關(guān)，與無功功率無關(guān)。因此可采用外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為功率環(huán)的方式率無關(guān)。因此可采用外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為功率環(huán)的方式對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制。對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制。 定義外環(huán)滑模面函數(shù)為：定義外環(huán)滑模面函數(shù)為： 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到滑模面時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到滑模面時(shí)， 外環(huán)采用指數(shù)趨近律設(shè)計(jì)滑模控制器，并同樣采用飽和函外環(huán)采用指數(shù)趨近律設(shè)計(jì)滑模控制器，并同樣采用飽和函數(shù)代替滑模控制器中的符號(hào)函數(shù)，可得：數(shù)代替滑?？刂破髦械姆?hào)函數(shù)，可得：dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系

42、統(tǒng)中的應(yīng)用dcdcuSUUudcudSdUS =-=0dtdtsatu1u2udS=-K S - KSdt51 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 基于基于SMC的直流電壓外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)的直流電壓外環(huán)控制器的設(shè)計(jì) 根據(jù)直流母線電容節(jié)點(diǎn)的電流關(guān)系根據(jù)直流母線電容節(jié)點(diǎn)的電流關(guān)系 通過上式將內(nèi)外環(huán)聯(lián)系在一起，系統(tǒng)電壓外環(huán)的輸出為有通過上式將內(nèi)外環(huán)聯(lián)系在一起，系統(tǒng)電壓外環(huán)的輸出為有功功率給定值。功功率給定值。dSPACE在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用loaddcddudcSPCIUt52 / 58Electr. Eng. & Power Convers. LABn 理想電網(wǎng)條件下，基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的雙饋風(fēng)電系統(tǒng)網(wǎng)理想電網(wǎng)條