RT-LAB eHS

パワーエレクトロニクスHILSシステム

eHSはFPGA上で電気回路をリアルタイムシミュレーションする為の
革新的な浮動小数点ソルバです。
eHSはelectrical FPGA Hardware Solverの略です。

パワーエレクトロニクスHILSにおいてFPGA上にモデルを置くことは必須で、FPGAベースのHILSシステムが各社から発表されています。

しかしFPGA上のモデルプログラミングは非常に複雑で難しく、それがHILS使用における大きな障害でした。

また、従来はSimulinkモデルをVHDLに変換する必要があり、これにはFPGAのハードやVHDLコードの知識が要求されました。

OPAL-RTはいち早くXSG ( Xilinx System Generator ) という仕組みを使って高機能なデジタル信号処理システムを開発するためのSimulink のブロックセット "RT-LAB XSG" を供給しました。

RT-LAB XSGの特徴
http://www.neat21.co.jp/mbd/pe_hils/xsg/index.html

この度、RT-LAB XSGを更に発展させ、プログラミングやツールを使用することなくSPS(SimPowerSystems)やSpice、PLECSといった回路エディタで作成したブロックをそのままFPGAに移植する革命的なソルバ eHSを発表しました。

昨今におけるパワーエレクトロニクスモデルではSPS、SPICE、PLECSといった回路エディタ で作成されるのが一般的です。
これらのツールを使用することで回路技術者は回路ブロックをそのままシミュレータで取り扱うことが出来、CやMATLAB言語(等価式)に置き換えることなくシステムの検証が出来る様になりました。

この事が今日モデルベース開発をいっそう発展させる原動力になっています。
仕様策定から回路検証、テストに至るあらゆる場面で同じモデル(回路ブロック)を使うことが出来るメリットは、現在のモデルベース開発において大きな原動力となっております。

eHSは 回路エンジニアが検討中のモデルをそのままHILSシステムのFPGAに移植できる革命的なソルバです。




eHSソルバは今までにない大きなメリットがあります
  • 具体的な作業としては、SPS,PLECS,SPICEといった回路エディタでグラフィカルに回路を作成します。
  • 次にeHSがFPGA上にリアルタイムモデルを作成します。
  • 高速化のための、数学的方程式の作成や プログラミング言語(VHDL, Xilinx Blockset)によるプログラム作成は不要です。




2モデル
CPUモデルとFPGAモデルの2種類のモデルが使われます。


FPGAモデル:
  • eHSコアのモデル
  • デジタル・アナログIO、そして高速計算に必要なアイテム
  • FPGAプログラミングにはビットストリームの生成が必要


CPU モデル:
  • GUI等ユーザーインターフェースとFPGA間の通信に用いられる
  • 低速シミュレーションに用いられる



Boostコンバータ
10KHzのスイッチング周波数を持ったブーストコンバータ回路



外部コントローラからの点弧信号を見ています。
パルスとそれを受けた回路のレスポンス(制御ループの遅れ)がきちんと確認されています。
制御ループの遅れ



NPCコンバータ
単相のNPCインバータ. 積分刻み135nsecでシミュレーションされ、
DC側とAC側の電圧がコントロールされています



AC側の電源は0になっておりPWM4Khzが変換器アームに印加されています



高分解能で電流と電圧が表示されているのが観測されています。



40KHzのPWM信号がNPCインバータに重畳された場合



高分解能の電圧・電流が表示されています。



DC源を並列抵抗付きのキャパシタで置き換えAC側が50Hzで自然転流しているのが観測されます。
AC電圧は電流入力側で観測されたAC電圧波形が、AC電流が0となった時不連続になる事が示されています。



単相インバータ



単相SimPowerSystems(SPS)(黄色)によるシミュレーション結果とeHS(紫)によるリアルタイムシミュレーション結果の電流波形の比較です。
ほとんど一致しています。



三相インバータ



三相の場合のSPS(黄色)と eHS(紫)の電流波形の比較です。


お問い合わせ先
株式会社 NEAT
愛知県名古屋市千種区池下1-11-21
TEL:052-764-3311FAX:052-764-3632

Opal-RT Technologies,Inc.
1751 Richardson, Suite 2525 Montreal, Quebec, Canada, H3K 1G6
TEL:+1-514-935-2323FAX:+1-514-935-4994

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