基于PAC的電機控制器快速控制原型的研究

摘要：電機控制器的開發(fā)是電動汽車開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)。文中提出了一種基于NI Compact RIO可編程自動化控制器(PAC)的電機控制器快速控制原型(RCP)的方法。通過對PAC的主要架構(gòu)、功能、實現(xiàn)形式進(jìn)行闡述，結(jié)合永磁同步電機磁場定向控制方法，闡述了Compact RIO在電機控制器快速控制原型的具體實現(xiàn)方法。試驗證明，基于PAC的快速控制原型方法適用于電動汽車用電機控制器的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：可編程自動化控制器(PAC)；LabVIEW FPGA；電機控制；快速控制原型

電動汽車用電機控制器的開發(fā)具有小批量、面向不同對象的特點，因此對開發(fā)方法應(yīng)具有周期短，成本低的特點，同時控制器應(yīng)該具有較強可重用性和可靠性，且能滿足復(fù)雜控制算法執(zhí)行和參數(shù)可在線調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的電機控制器開發(fā)一般有3種：基于可編程邏輯控制器(PLC)的電機控制器開發(fā)；基于專用電機控制的集成電路(IC)的電機控制器開發(fā)；基于微處理器(MCU)的電機控制器開發(fā)。這3種技術(shù)各有優(yōu)缺點及其應(yīng)用場合：基于PLC的電機控制開發(fā)擁有成熟的開發(fā)軟件，開發(fā)周期短，且PLC運行可靠穩(wěn)定，但不能實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；基于IC的電機控制器雖然其單個成本低，但其開發(fā)周期長、開發(fā)成本高、具有不可重配置性；基于MCU的電機控制器開發(fā)雖然可以運行復(fù)雜的控制算法，但還是存在系統(tǒng)的通用性較弱、開發(fā)周期長的缺點。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在出現(xiàn)一種結(jié)合這幾種優(yōu)點的適用于電動汽車電機控制系統(tǒng)的開發(fā)平臺——基于可編程自動控制器(PAC)的電機控制器快速控制原型平臺。
筆者以美國國家儀器(NI)的CompactRIO為例，首先闡明了PAC平臺的定義和主要特點，然后結(jié)合永磁同步電機的磁場定向控制技術(shù)特點，簡述了如何通過Compact RIO平臺實現(xiàn)磁場定向控制的快速控制原型開發(fā)。

1 NI Compact RIO PAC平臺
可編程自動化控制器(PAC)是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、儀表技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為一體的自動控制裝置。由表1可看出PAC既具有傳統(tǒng)PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，又具有PC的高速運算、豐富的編程語言、方便的網(wǎng)絡(luò)連接優(yōu)勢。

Compact RIO可編程自動化控制器是NI推出的一款低成本、可重新配置的控制和采集系統(tǒng)。其采用可重新配置I／O(RIO)FPGA技術(shù)，以及開放式的模塊化結(jié)構(gòu)，使用戶可根據(jù)具體的項目需求配備不同的模塊從而可以實現(xiàn)多領(lǐng)域的控制需求。同時，RIO核心具有內(nèi)置式數(shù)據(jù)傳輸機制，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧教幚砥鳎糜趯崟r分析、事后處理、數(shù)據(jù)記錄并且可以聯(lián)網(wǎng)與主機系統(tǒng)進(jìn)行交互。此外，NI LabVIEW是一個開放而靈活的開發(fā)環(huán)境，能夠與多種工業(yè)硬件無縫連接，將基于配置的開發(fā)方式和編程語言緊密結(jié)合起來。圖1所示為Compact RIO的功能圖。