概述

使用NISingle-BoardRIO通用逆變器控制器(general-purposeinvertercontroller-GPIC)來幫助您更快地將設(shè)計(jì)中的電網(wǎng)功率轉(zhuǎn)換器發(fā)展至大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)與產(chǎn)品部署。在行業(yè)認(rèn)可的LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境軟件的支持下，NI的Single-BoardRIOGPIC可以方便地完成逆變器應(yīng)用的設(shè)計(jì)、開發(fā)和部署。LabVIEW是直觀的圖形化編程環(huán)境，它使用拖放式的圖形對(duì)象操作，提供各種靈活，高級(jí)的應(yīng)用編程接口，可以幫助您快速地開發(fā)強(qiáng)大的具有專業(yè)用戶接口的應(yīng)用程序。

LabVIEW和NISingle-BoardRIOGPIC讓您可以方便地使用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)技術(shù)，這樣您就可以定義自己的控制電路，而且與傳統(tǒng)的用戶定義硬件方法相比可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜度并節(jié)約開發(fā)成本。

主要特性介紹

為先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)可重配置數(shù)字能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的快速商業(yè)化提供了一個(gè)革命性的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的嵌入式設(shè)計(jì)途徑平均需要一個(gè)11.5人的開發(fā)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)12.5個(gè)月的開發(fā)時(shí)間，使用新的開發(fā)途徑可以以一個(gè)4.8人的開發(fā)團(tuán)隊(duì),在6.2個(gè)月的時(shí)間完成您的開發(fā)項(xiàng)目，由此平均可以節(jié)省114人/月的開發(fā)工作量和$950,000美元的開發(fā)成本。

傳統(tǒng)的寄存器級(jí)別的Verilog/VHDL編程途徑需要花費(fèi)百分之七十的開發(fā)成本在I/O接口的設(shè)計(jì)上，與之相反，高級(jí)的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具可以讓您的開發(fā)團(tuán)隊(duì)將百分之九十的軟件開發(fā)成本集中到控制算法開發(fā)和驗(yàn)證測(cè)試上。

提供了經(jīng)過驗(yàn)證的，可直接部署的嵌入式系統(tǒng)以及全面的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具鏈來幫助您快速地完成基于FPGA的高級(jí)電力電子控制系統(tǒng)的商業(yè)部署，而不需要您具有任何關(guān)于寄存器級(jí)別的編程語言(如Verilog和VHDL)的預(yù)備知識(shí)。

針對(duì)絕大多數(shù)常見的智能電網(wǎng)電力電子應(yīng)用系統(tǒng)精心選取標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口套件和可編程FPGA，可以滿足特定的控制、I/O接口、性能和成本的需求，包括用于可變交流輸電系統(tǒng)，可再生能源發(fā)電，能量儲(chǔ)存和變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的DC-AC，AD-DC，DC-DC和ACAC轉(zhuǎn)換器。

具有硬件并行的賽靈思Spartan-6?FPGA芯片，含有58個(gè)DSP內(nèi)核，與傳統(tǒng)的雙核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處理器，安裝有VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，支持智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議DNP3,IEC60870-5和IEC61850，板上COMTRADE(IEEE37.111)數(shù)據(jù)記錄和標(biāo)準(zhǔn)的三相IEC,EN和IEEE標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量分析。

軟件特性

圖形化的聯(lián)合仿真(Multisim,LabVIEWFPGA模塊)

現(xiàn)在，您可以在一個(gè)具有完整功能的電力電子聯(lián)合仿真環(huán)境中設(shè)計(jì)LabVIEWFPGA控制代碼。這表示您可以在NISingle-BoardRIOGPIC上快速地開發(fā)并驗(yàn)證高級(jí)的高效電力電子應(yīng)用和控制IP并對(duì)其進(jìn)行部署，而不需要掌握VHSIC硬件描述語言如VHDL或Verilog。

Multisim是一款集成了電路仿真(SPICE)環(huán)境的仿真程序，可以幫助完成電子電路的設(shè)計(jì)，原型化和測(cè)試。您可以快速并直觀地從大量預(yù)設(shè)的SPICE模型中選取電力電子元件(如電機(jī)、Buck-Boost電能轉(zhuǎn)換器，電磁干擾濾波器，PWM控制器和更多相關(guān)元件)來創(chuàng)建電力電子電路，預(yù)設(shè)模型來自各大半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家，例如AnalogDevices,NXP,ONSemiconductor和TexasInstruments;選取它們并放置在編輯界面上，再正確連線即可。

圖1.Multisim軟件環(huán)境

Multisim可以與LabVIEW完全集成，這樣您就可以通過Multisim和LabVIEW之間的集成完成逐點(diǎn)模擬，然后將仿真結(jié)果與從連接到FPGA板卡上的實(shí)際硬件上采到到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，同步地測(cè)試您的控制算法。

圖2.LabVIEWMultisim聯(lián)合仿真

通過LabVIEW和Multisim聯(lián)合仿真，你可以在一個(gè)高保真的仿真環(huán)境中獲取數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬電力電子電路之間的交互，幫助您完成LabVIEWFPGA代碼的開發(fā)。在LabVIEWFPGA和Multisim聯(lián)合仿真的過程中，兩個(gè)獨(dú)立的仿真程序?qū)⑼瑫r(shí)進(jìn)行非線性的時(shí)域仿真，然后在每一個(gè)時(shí)間步長結(jié)束的時(shí)候交換數(shù)據(jù)并共同決定未來的仿真步長，這樣就可以帶給您高度集成的精確的仿真結(jié)果。您可以得到模擬電路的高速瞬態(tài)響應(yīng)行為和它與基于FPGA的控制系統(tǒng)之間的交互響應(yīng)。例如，如果一個(gè)電感器中的電流正在振蕩，仿真程序會(huì)自動(dòng)地縮小步長，放慢仿真節(jié)奏來獲取數(shù)字控制電路的效果。

這樣，您就可以在仿真的環(huán)境中開發(fā)實(shí)際的LabVIEWFPGA代碼并將其直接移植到物理的FPGA目標(biāo)上，不需要花費(fèi)額外的操作。LabVIEW開發(fā)環(huán)境支持完全的雙向開發(fā)途徑。在任何開發(fā)階段對(duì)圖形化代碼所作的修改-從原型化到后期制作-系統(tǒng)都將自動(dòng)地對(duì)應(yīng)用中所有引用的代碼進(jìn)行更新。

算法開發(fā)工具

使用LabVIEW控制設(shè)計(jì)和仿真模塊來加快系統(tǒng)開發(fā)并測(cè)試您的控制算法。這個(gè)模塊提供了各種工具來幫助您使用傳遞函數(shù)，狀態(tài)空間或零極點(diǎn)增益表達(dá)式來構(gòu)建被控對(duì)象和控制模型;使用例如階躍響應(yīng)、零極點(diǎn)圖、波特圖等工具來分析系統(tǒng)性能以及仿真系統(tǒng)行為。

圖3.LabVIEW控制設(shè)計(jì)和仿真模塊

使用LabVIEW工具鏈，您可以開發(fā)各種控制算法-從簡單的比例積分微分(PID)控制到高級(jí)的動(dòng)態(tài)控制例如模型預(yù)測(cè)控制。您可以使用控制設(shè)計(jì)與仿真面板從基本原理開始來創(chuàng)建您的對(duì)象模型，或者從Multisim中導(dǎo)入模型。如果您想加速原型化進(jìn)程，也可以將FPGA節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入您的模型，這樣可以更精確地對(duì)硬件I/O進(jìn)行表示。

下面的范例展示了一個(gè)直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制器，該控制器使用LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊設(shè)計(jì)，并且使用了LabVIEW和Multisim進(jìn)行聯(lián)合仿真。