感應​馬達​驅動​器​硬體​迴路​(Hardware-​in-​the-​Loop)​測試​系統

藍​信​翔 軟體​工程師, 台​達​電子​機電​事業部​軟體​開發​一課

"從​第​八屆​徵文比賽​所​發表"變頻器​自動化​測試​系列​應用"一文​至今​完成​感應 馬達​驅動​器​Hardware-​in-​the-​Loop 測試​系統,​持續​使用​NI 所​提供​之​軟體​與​硬體​設備,​使​台​達​電子​研發​之​變頻器​產品​性能​不斷​提升、​品質​更加​穩定,​與​全球​技術​領先​之​開發​商​擠身​競爭​行列"

- 藍​信​翔 軟體​工程師, 台​達​電子​機電​事業部​軟體​開發​一課

挑戰:

開發​調​變​技術​廠商​面臨​在​不同​應用​下​如何​驗證​之​難題,​一般​利用​軟體​模擬​來 解決​測試​問題,​但​卻​無法​完整​重現​真實​控制​情況,​除​不斷​購買​測試​設備​外​無​其他​更好​之​解決​方案,​因此​必需​導入​Hardware-​in-​the-​Loop 概念​之​測試​系統。​面對​電力​電子​調​變​技術​應用​驗證​欲​達到​HIL 測試​系統​是​相當​困難,​因​其​控制​脈波​高達​幾​μSec 之​快,​一般​HIL 系統​模擬​時間​約為​50~100μSec,​不足​以​達到​驗證​電力​電子​調​變​技術​應用。​全球​目前​能​達到​調​變​技術​驗證​之​HIL 系統​屈指可數,​不但​成本​相當​高,​且​有​相當​多​的​限制。

解決​方案:

台​達​電子​使用​NI cRIO 系統​完成​安全、​可靠、​即時、​低成本​之​感應​馬達​驅動 器​HIL 測試​系統,​解決​面對​各種​應用​測試​挑戰,​並​加速​開發​流程。​其​HIL 系統​模擬​時間​高達​100nSec,​對於​任何​暫​態​皆可​完整​呈現,​超越​目前​已​提出​之​相關​電力​電子​HIL 系統​之​模擬​時間​能力。

作者 (們):

藍​信​翔 軟體​工程師 - 台​達​電子​機電​事業部​軟體​開發​一課
​紀​建​宇 軟體​工程師 - 台​達​電子​機電​事業部​軟體​開發​一課

 

本文​榮獲 2012 NI 應用​徵文​競賽 產業​組 第二名

目前​全球​不斷​提倡​節​能​減​碳​議題,​故​變頻器​的​應用​場合​亦​也​逐年​增加,​如​風力、​汽車、​天​車、​注塑、​洗衣機​等等​從​家庭​至​工業​皆​需要​變頻​驅動​來​節省​能源,​因​大量​的​變頻​調​變​技術​需求​出現,​故​變頻器​市場​競爭​對手​也​不斷​增加。


​台​達​電子​機電​事業部​致力於​開發​變頻器,​提供​客戶​應用​解決​方案​與​穩定​可靠​的​品質。​本​部門​多年來​不斷​研發​高階​應用​的​變頻器,​仰賴​專業​研發​人員​對​控制​技術​的​研究​與​開發,​而​為了​使​產品​擁有​穩定、​安全、​性能​佳、​超越​對手​等​特性,​必須​在​驗證​變頻器​時​投入​更多​的​資源。​但​面對​測試​電力​電子​調​變​技術​是​一項​十分​困難​的​挑戰,​其​原因​於​快速​開關​切換​下​能​達到​即時​響應​的​測試​能力,​除了​真實​的​物理​負載​與​馬達​外,​無法​取得​相關​測試​數據。​近年來​軟體​模擬​不斷​被​提出​解決​開發​驗證​之​難題,​但​對於​變頻器​之​調​變​方式​可​達到​模擬,​但​因​模擬​系統​皆為​理想​之​訊號​無法​真實​呈現​硬體​控制​後​可能​之​行為,​如​短路、​雜訊​等等​問題;​因此​變頻器​測試​過程​十分​棘手,​需​不斷​購買​相關​測試​設備,​更​測試​過程​可能​因​某些​因素​導致​工​安​問題,​於​成本、​人力、​安全​各方面​造成​極大​的​困難。


​本​部門​導入​Hardware-​in-​the-​Loop 概念​欲​解決​變頻器​測試​問題,​經​研讀​許多​相關​HIL 研究​發現​一般​應用​之​HIL 無法​滿足​變頻器​測試,​因​其​模擬​時間​無法​達​電力​電子​快速​切換​需求,​至少 1μSec。​本​部門​期望​使用​NI cRIO 設備​進行​HIL​開發,​解決​變頻器​測試​問題;​開發​過程​尋找​NI 歷年​應用​文集​與​相關​開發​文獻,​發現​對於"感應​馬達​HIL 實作"無​直接​相關​文獻,​因此​也​添增​了​不少​困難​與​挑戰。


​經過​詳盡​的​規劃​與​參考​全球​領先​之​HIL 系統​廠商,​本​部門​已​完成​cRIO 設備​實現​虛擬​馬達​之​功能,​達到​解決​變頻器​測試​問題。​其​感應​馬達​驅動​器​HIL 測試​系統​可​由​PC 端​透過​TCP/​IP 進行​cRIO 溝通,​進而​透過​cRIO 與​FPGA 進行​資料​交換。​本​系統​可以​進行​自動化​測試​功能,​並可​即時​繪製​三相​電流​與​轉速​之​圖表。


​系統​隨時​可​透過​PC 軟體​進行​修改​參數​轉換​馬達​型號,​這​亦​是​優於​業界​HIL 系統,​無須​重新​建​模​的​特點。​更​提供​馬達​編碼器​(Encoder)A、​B、​Z 脈波​輸出,​可​完成​定位​等​閉​迴路​控制​測試,​且​可​依​使用者​任意​設定​編碼器​脈波​數,​證實​本​系統​高速​精準​之​能力。​為了​達到​台​達​電子​目前​高階​應用,​提出​並聯​系統​解決​測試​方案,​此為​兩台​變頻器​並聯​應用,​所需​之​IO 介面​為​兩倍,​更​在​調​變​非​同步​時​產生​環流效
​應,​需​複雜​演算​即時​反應​至​變頻器。​本​系統​模擬​時間​最後​已​由 1μSec 優​化​至 100nSec,​超越​目前​其它​HIL 系統 ,​此為​本​系統​最大​挑戰​之一,​完成​克服​電​路線​程​優​化​困難。


​台​達​電子​使用​美商​相關​產品​解決​測試​問題,​達到​品質​穩定​與​技術​領先​之​優勢,​未來​將​持續​針對​更​困難​的​應用​進行​研究​開發,​完成​客戶​之​需求,​美商​國家​儀器​將​也​持續​成為​我們​驗證​測試​的​最佳​選擇。

 

作者​資訊:

藍​信​翔 軟體​工程師
​台​達​電子​機電​事業部​軟體​開發​一課
Shinshiang.lan@delta.com.tw

 

圖一 、​HIL 設計​規劃
圖​二、 ​HIL 設計​架構
圖​三、 ​實作​環境​圖
圖​四、 ​驗證​比對