モータ HILS の概要

モータ HILS の 概 要1はじめに■ モータHILSの 需 要自 動 車 の 電 子 化 及 び、 電 気 自 動 車 やハイブリッド 車 の 実 用 化 に 伴 い、モータの 使 用 数 が 増 大 しています。 従 来 行 われていた 駆 動 用 モータ単 体 のシミュレーション、レシプロエンジンとモータの 駆 動 力 分 配 制 御シミュレーションの 利 用 に 加 え、パワーウインドやサンルーフなどのボディー 系 、 電 動 パワーステアリングやそのアシスト 機 能 など、 高 度 な 制御 、 大 電 流 の 制 御 などが 要 求 されています。この 為 、モータ 制 御 システムの 開 発 には、 電 源 設 備 や 実 モータを 使 わずに 制 御 系 の 検 証 をする、シミュレーションによる 試 験 が 重 要 になっています。A&DのモータHILSは、インバータ/モータを 用 いることなく、 机 上 で 制御 系 全 体 の 動 きを 見 ながら 開 発 ・ 設 計 ・ 動 作 検 証 を 行 うことが 可 能 になります。また、レゾルバ 入 力 に 対 応 した3 相 PWMモータコントロールボードにより、モータコントローラの 構 築 も 可 能 です。21

モータを 回 す■ 実 モータ(DCブラシレスモータの 例 )を 回 す 場 合モータコントローラからPWM 信 号 を 出 力 し、モータから 回 転 信 号 と 電 流 センサ 信 号 をモータコントローラにフィードバックします。3実 機 との 置 換 え■ モータHILSによるシミュレーンの 例HILS (Hardware in the Loop Simulation)実 ECUを 置 換 えた 例実 モータを 置 換 えた 例ECUの 開 発 や 自 由 度 の 高 いモータ制 御 が 可 能設 計 者 の 机 上 で 電 源 設 備 やモータなしにモータコントローラの 動 作 検 証 が 可 能42

実 機 との 置 換 え■ モータSILSによるシミュレーンの 例SILS (Software in the Loop Simulation)実 ECUと 実 モータの 両 方 を 置 換 えた 例設 計 者 の 机 上 でECUや 電 源 設 備 ・ 実 モータなしにモータとコントローラの 開 発 ・ 設 計 や 動 作 検 証 が 可 能5HILS / SILS 用 プラットホーム■ AD5435シリーズ■ RPT 用 途 の 最 適 機■ 高 性 能 スタンドアロン・コントローラ・ Modelサイクル max.20kHz・ シミュレーションDSPをDual 構 成・ Model 駆 動 Celeron-M 1.5GHzGUI 駆 動 SH4 200MHz・ TFTカラーモニタ 搭 載・ タッチパネル・ ハンドキャリー・サイズ63

モータHILSの 事 例■ 実 ECUと 仮 想 モータの 構 成モータコントローラ( 実 ECU)にA&Dのモータシミュレータを 接 続 する 事により、 設 計 者 の 机 上 でモータコントローラの 動 作 検 証 が 可 能 です。電 源 設 備 や 実 モータを 使 用 しないため 作 業 環 境 の 安 全 が 保 たれます。7モータHILSの 事 例■ モータシミュレータの 概 要AD5435 + AD5430-27の 構 成■ AD5430-27インターフェース・AD5435 筐 体 に1 枚 実 装 可 能・3スロット 占 有 (23W 消 費 )デジタル 信 号・PWM 入 力 : 6 点・ 予 備 信 号 入 力 : 1 点・PWM 出 力 : 6 点・エンコーダ 出 力 /ホール 素 子 信 号 : 3 点アナログ 信 号・レゾルバキャリア( 励 磁 ) 入 力 :1 点・レゾルバ 角 度 情 報 SIN,COS :2 点・ 電 流 センサ 出 力 (3 相 出 力 ) :3 点84

モータHILSの 事 例■ モータシミュレータの 概 要AD5435 + AD5430-27のFPGA 部レゾルバ 模 擬 は、FPGA 内部 で 持 っている 電 気 角 をSIN と COSに 変 換 して 出力 し、 乗 算 器 を 使 い 入 力 されたキャリア 信 号 に 対 しAM 変 調 をかける 事 により実 現 します。9モータHILSの 事 例■ モータシミュレータの 概 要AD5435 + AD5430-27のその 他 機 能モータをシミュレーションするにあたって 重 要 な 点は 入 力 されたPWM 信 号 に 対 応 した 電 流 センサ信 号 を 高 速 に 返 す 必 要 が 有 ります。その 他 の 機 能 は、AD5435 用 に 豊 富 に 取 り 揃えてあるオプションボードを 使 用 する 事 により構 築 可 能 です。105

モータHILSの 事 例■ インバータ / モータモデルの 概 要■ インバータモデルとモータモデル・FPGA 上 で 実 行高 速 なシミュレートが 可 能・インバータモデル,モータモデルA&D が 作 成 ・サンプル 提 供・モータモデルは 下 記 3 種 をサポートDCBL モデルIPMSM モデルJMAG IPMSM モデル注 )モータモデルはユーザによる 変 更 が 可 能(Xilinx ブロックセットで 構 築 )JMAGは 株 式 会 社 日 本 総 合 研 究 所の 登 録 商 標 です。11モータHILSの 事 例■ インバータ / モータモデルの 構 築制 御 対 象 となるモータを 高 速 でシミュレーションする 為 には、 高 い 演 算 処 理 能 力 が必 要 になります。 弊 社 では、モデル 化 したインバータ/モータをFPGA 上 でリアルタイム 演 算 を 行 い、 高 い 応 答 速 度 でシミュレーションするモータシミュレータを 提 供します。モータパラメータMATLAB/Simulink は、 MathWorks 社 の 製 品 です。System Generator 及 び ISE は、Xilinx 社 の 製 品 です。JMAGは、 株 式 会 社 日 本 総 合 研 究 所 の 登 録 商 標 です。126

モータHILSの 事 例■ IPMSM JMAGモデルによるシミュレーションの 結 果 例正 転逆 転シミュレーション 条 件・クローズドループ, 速 度 制 御・ 電 気 角 周 波 数 400Hz・ 入 力 PWM 正 弦 波 400Hz・PWM 搬 送 波 10kHzオシロスコープの 波 形・ 上 段 :レゾルバ 信 号・ 下 段 : 電 流 センサ 信 号13モータコントローラの 事 例■ モータコントローラの 概 要AD5435 + AD5430-18の 構 成 -1・AD5430-18とAD5435を 組 み 合 わせる 事 によりモータコントローラをMATLAB/Simulinkで 構 築 する 事 が 可 能 です147

モータSILSの 事 例■ モータSILSによるシミュレーンの 例SILS (Software in the Loop Simulation)■ モータコントローラとモータシミュレータの 組 合 せAD5435 + AD5430-18とAD5435 + AD5430-27モータコントローラとモータシミュレータを 組 合 わせることで、 開 発 ・ 設 計 ・ 動 作 検 証を 机 上 で 行 うことができます。 仮 想 のモータやECUを 自 由 に 取 扱 うことができます。また、 電 源 設 備 や 実 モータを 使 用 しないため、 作 業 環 境 の 安 全 が 保 たれます。17AD5435とAD5430-27(モータシミュレーションボード)を 組 み 合 わせる 事 により、 実 際のインバータ/モータを 使 わずに 机 上 で 制 御 系 全 体 の 動 きを 見 ながら 開 発 ・ 設 計 ・ 動作 検 証 が 可 能 になりモータシミュレータを 構 築 する 事 ができます。実 際 のモータHILSを 構 築 する 場 合 、モータ 用 の 模 擬 信 号 の 他 にコイルの 温 度 ・インバータ 素 子 温 度 ・ 故 障 状 態 信 号 の 出 力 ・ 電 源 電 圧 の 入 力 ・CAN 通 信 等 が 必 要 になりますが、これらのモータHILSに 必 要 な 入 出 力 信 号 はモータ 用 の 模 擬 信 号 ほどのレスポンスは 必 要 ありません。AD5435 用 に 豊 富 に 取 り 揃 えてあるオプションボードを 利用 することにより 構 築 が 可 能 になります。189