Der schnellste Echtzeitsimulator für die Leistungselektronik
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HIL-Simulation zum Testen von Reglern
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Rapid Control Prototyping
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Nanostep®-Solver mit Simulationsschritten bis zu 4 ns
Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation
Die RT Box eignet sich für hochgenaue HIL-Simulationen von leistungselektronischen Systemen, bei denen der echte Regler mit einem virtuellen Leistungsteil gekoppelt wird. Mit HIL-Simulationen können Regelalgorithmen in einer sicheren Umgebung anhand von normalen und fehlerhaften Betriebszuständen getestet werden, ohne die Beschädigung des Leistungsteils zu riskieren.
Die kleinen Zeitkonstanten in elektrischen Schaltungen und die schnell schaltenden Leistungshalbleiter sind allerdings eine besondere Herausforderung für Echtzeitsimulationen. Die RT Box meistert diese Herausforderung, indem sie die PWM-Signale mit einer Auflösung von wenigen Nanosekunden abtastet und modernste Modellierungstechniken verwendet, darunter:
- Sub-cycle averaging
- Nanostep
Dies ermöglicht eine hohe Simulationsgenauigkeit und minimale Latenzzeiten, selbst bei Schaltfrequenzen von mehreren 100 kHz.
Rapid Control Prototyping (RCP)
Die RT Box kann alternativ als Regler für einen Leistungsteil dienen. Sie ist in der Lage, anspruchsvolle PWM-Muster zu erzeugen und Sensordaten über analoge Eingänge zu erfassen. Die RT Box verfügt über Encoder- und Resolverschnittstellen für die Regelung elektrischer Maschinen und bietet verschiedene Kommunikationsschnittstellen wie SPI und CAN. Der Einsatz der RT Box für RCP ist besonders dann sinnvoll, wenn der endgültige Regler noch nicht verfügbar ist. So kann der Leistungsteil bereits betrieben und getestet werden, während die Regler-Hardware noch in der Entwicklung ist.
Paralleles Rechnen auf CPU und FPGA
Das Herz der RT Box bildet ein Xilinx Zynq Chip, der mehrere CPU-Kerne und ein FPGA vereint. Diese Architektur ermöglicht es, Schaltungsmodelle zu partitionieren und parallel auf den CPU-Kernen und dem FPGA zu berechnen. Die RT Box bietet mehrere Solver-Optionen, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden:
- CPU: Allzweck-Solver, der die meisten PLECS-Komponenten unterstützt, einschließlich elektrischer Maschinen und Regelsystemen, mit Schrittweiten über 1 µs.
- FlexArray: Optimiert für komplexe Wechselrichter- und Gleichrichterschaltungen, wie z. B. Multilevel-Konverter, mit Schrittweiten von bis zu 250 ns.
- Nanostep: Garantierte Schrittweite im einstelligen Nanosekundenbereich für schnell schaltendende Konverter wie Dual Active Bridges und Resonanzwandler.
RT Box CE | RT Box 1 | RT Box 2 | RT Box 3 | |
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Prozessor | Xilinx Zynq | Xilinx Zynq Ultrascale+ | ||
CPU-Taktrate | 1 GHz | 1.5 GHz | ||
Solver | ||||
↳ CPU | 1 Kern | 3 Kerne | ||
↳ FlexArray | – | ✓ | ||
↳ Nanostep | 1 Einheit (7.5 ns) | 2 Einheiten (4 ns) |
Nanostep®-Solver für MHz-Schaltfrequenzen
Was die RT Box gegenüber anderen Echtzeitsimulatoren auszeichnet, ist ihre Fähigkeit, Umrichter mit Zeitschritten im Nanosekundenbereich zu simulieren. Herkömmliche Oversampling-Techniken sind genau, solange sich die Richtung des Wechselrichterstroms nur selten ändert, selbst wenn die Simulationsschrittweite mehrere Mikrosekunden beträgt. Jeder Simulationsschritt mit einem Stromnulldurchgang ist aber mit Ungenauigkeiten behaftet. Treten solche Schritte häufig auf, verfälschen sie das Simulationsergebnis.
Bei der neuartigen Nanostep-Technologie hingegen erfolgt die Abtastung der Gate-Signale, die Berechnung von Strömen und Spannungen sowie die Behandlung von Nulldurchgängen in einem einzigen FPGA-Taktzyklus. Der Nanostep-Solver eignet sich hervorragend für die Simulation von DC/DC-Wandlern mit induktivem AC-Zwischenkreis, einschließlich:
- Dual Active Bridge
- LLC-Resonanzwandler
- Phasenverschobene Vollbrücke
Er unterstützt auch klassische Tiefsetz- und Hochsetzsteller sowie 3-Phasen-Wechselrichter mit Schaltfrequenzen von bis zu 1 MHz.
Skalierbarkeit
Aus mehreren RT Boxen, die über optische Multi-Gigabit-Verbindungen verbunden sind, kann ein skalierbarer HIL-Simulationscluster aufgebaut werden. Dies ermöglicht die verteilte synchrone Berechnung großer Schaltungsmodelle, wie z. B.:
- Modulare Multilevel-Konverter
- Inselnetze
Modellkonfiguration und Upload in Sekunden
In PLECS entworfene Schaltungen lassen sich in Sekundenschnelle in Echtzeitcode umwandeln und auf die RT Box laden. Im Gegensatz zu anderen FPGA-basierten Simulatoren entfällt bei diesem Verfahren die zeitaufwändige Bitstream-Generierung.
Erforderliche Software-Lizenzen
Für den Betrieb der RT Box sind keine Tools von Drittanbietern erforderlich; es wird ausschließlich Software von Plexim eingesetzt. Folgende Lizenzen werden benötigt:
Interface-Karten
Für den schnellen und einfachen Anschluss externer Hardware steht ein Satz von Breakout-Boards und Interface-Karten zur Verfügung:
Warum die RT Box einsetzen?
- Geschwindigkeit: Schnellster HIL-Simulator für Leistungselektronik
- Standard-Software: Nahtlose Integration in die Simulationsplattform PLECS
- Kostengünstig: Leistungsfähige und dennoch erschwingliche Lösung für Reglertests (siehe Preise)
Welche RT Box benötige ich?
Modell | Zielgruppe |
---|---|
RT Box CE | Unterricht und Laborübungen |
RT Box 1 | Vielseitig und skalierbar für HIL und RCP |
RT Box 2 | Mehrkern-CPU und FPGA für schnellere und komplexere Schaltungen |
RT Box 3 | Erweiterte I/Os für Multilevel-Konverter und Inselnetze |
Die technischen Daten aller RT Boxen finden Sie in einer Vergleichstabelle.