电机实时仿真控制——AD5435.doc

一、 试验目的熟悉V模式开发的流程，通过AD5435仿真机的实际操作实现硬件在环仿真。二、 试验系统介绍2.1系统组成注意事项：1.泄放电阻的设定电压上限要大于电机的工作电压，如果操作中出现电机未启动直流电源给泄放电阻放电的情况，要重新预设泄放电阻的电压值。2.开机时先让泄放电阻工作后开直流电源，关机时先关闭直流电源，在关闭泄放电阻。3.接线之前要仔细检查，防止接线松动、裸线暴露、正负接反等情况，开机时保证有两人以上，一人操作，一人观察，防止意外。如果出现意外，第一时间关闭电源。2.2系统功能通过AD5435仿真机实现AD采集和DA输出功能。AD5435仿真机通过CAN通信实时给电机发送命令，控制系统运行。1.1 AD5435的特点AD5435可应用于三个不同的场景： 单机系统 带PC控制端的单机系统 集成于大系统中的单机系统AD5435的具体特点如下： 其是一个通用的控制器系统，它支持最多7块I/O卡，支持多个AD5435互联，扩展系统； 控制算法和仿真模型可以使用标准的Matlab/Simulink软件来创建，其提供了有效的开发和工程环境； 装备有触摸屏，提供了灵活的人机界面，使得AD5435可以用作单机控制/仿真平台，或者可以集成在更大系统中作为一个子系统； Virtual Console，AD5435的GUI设计软件可以提供灵活的用户接口,可以做很高自由度的编辑，提供了灵活简单的工程应用环境。AD5435在国内外广泛应用于汽车电子控制系统开发、航空航天控制器仿真开发及轨道交通领域控制器开发。其主要功能如下： 控制策略的仿真分析和验证； 电机控制系统开发和仿真； 发动机控制系统仿真设计开发； 车身控制系统原型开发系统； 总线网络控制器验证平台； ECU硬件在环仿真测试。2.3主要元器件的介绍（软硬件）AD5435仿真机轮毂电机及其台架工装直流电源及泄放电阻器示波器做为全球领先的电机控制、仿真、测量供应商，A&D公司公司成立于1977年 ,总部位于日本东京，05年在东京证券交易所上市，全球员工3000余人，07/08财年4.5亿美元。A&D公司提供电机实时仿真控制系统解决方案，并提供定制的工程服务。其核心产品之一是电机实时仿真控制系统-AD5435。AD5435的使用流程如下：AD5435可支持的I/O板卡有： AD5430-01:16通道16位A/D输入, 5k 100kHz 采样率 AD5430-07:8通道，热电偶输入 AD5430-20:8通道16位高速A/D，100kHz 同步采样率 AD5430-02A:8通道12位D/A输出 AD5430-02B:8通道16位D/A输出 AD5430-10:4通道16位A/D, 4通道12位D/A, 5k-100kHz采样率 AD5430-03:32通道数字隔离输入 AD5430-11:6轴增量编码器输入，32通道脉冲输出，可用于控制步进电机和伺服电机 AD5430-17A:复合通信卡，4路CAN；1路 CCP；4路 串口；4 路 Lin；1路K-Line AD5430-13:14通道PWM输入， 14通道PWM输出，5通道比较器27 AD5430-18:3相PWM电机控制卡 AD5430-28:伺服电机控制卡 AD5630-23:CC-Link接口卡 AD5435-04:FlexRay, 2节点 控制器系统实物图片见右图：三、 试验内容3.1基本操作本节主要介绍软件的安装流程，并通过一个简单例子介绍软件的使用和整个设计仿真流程。更详细的安装及操作步骤请参看AD5435安装及使用指南。3.1.1软件安装流程a.软件环境必须安装下表所列版本中的一款MATLAB软件。补充：建立模型所需要的工具箱如下表所示：b.软件程序的安装说明下列所示的软件安装前请先安装OS及MATLAB。每个软件程序必须按照指定的顺序进行安装。1. A&DCrossCompiler_basefiles 2. A&DCrossCompiler 3. Env (development environment) 4. AD-VirtualConsole 5. GeneralBlockSet在桌面上会创建以下所示图标。3.1.2基本操作流程AD5435的主体部分和电脑必须通过以太网或路由器进行连接。当个人电脑和 AD5435 一对一连接时，请改变电脑的IP地址（如172.16.202.11或13等）。仿真机的IP地址默认为 172.16.202.12。下面通过一个虚拟信号发生器的demo，介绍如何搭建模型、自动生成代码并编译、进行模型定义、创建实验监控界面以及运行实时仿真。a.搭建模型双击桌面上的 MATLAB 图标（看下面的插图）启动 MATLAB。然后创建和设置当前目录。注意：路径下不能有中文。启动Simulink，创建、搭建如下的Simulink模型：双击打开“Scope”模块，点击（仿真开始按钮）来确认模型的运行。b编译模型（Real-Time Workshop ）首先，打开“Configuration Parameters”，设置求解器（Solver）“Type”里为“Fixed Step”。如下图所示。其次，在“Real-Time Workshop”的“System target file”中点击“Browser”选择“aandd_ad5435.tlc”。最后，点击“Build”后，模型会被编译，然后产生执行文件。当编译成功后，MATLAB 命令窗口中会出现“# Successful completion of Real-Time Workshop build procedure for model : (model name)”。c.模型定义 (Model Definition Utility)双击桌面上的图标启动 MD。选中 MATLAB 当前目录，点击“Create New folder”。在出现的下面窗口中，选择“Front End Type”为“Linux Target”。点击 Close按钮，后会出现下面的窗口。在“Select model header files”窗口的“(MATLAB current directory)￥Test_ad5435_rtw”中选择“(model name).h”文件，点击 open。然后，点击“Read Header File”。确定步长大小和 Simulink 模型里面的设置一样（固定“Solver”步长），点击close 。依次设置下面的内容：（1）编辑模型定义（2）编辑信号定义（3）编辑参数定义（4）设置保存 S 函数定义（1）编辑模型定义在系统类型中选择“AD5433/35 color”，在 AD5435 那里输入 IP 地址（初始设置是 172.16.202.12）。设置完成后点击close 。（2）编辑信号定义选择在 VC 中要监视的信号。“ml.Out”在这里作为例子被选中。2D 监视器的初始设置为“Off”，应为这里要显示图像，所以这里是“On”。点击 ，设置完成后关闭（3）编辑参数定义选择在 VC 中要监视的参数。参数 1. “m1.SELECT_Value”和参数 2“ m1.BAIRITSU_Value”作为例子被选中。（4）设置保存 S 函数定义保存数据的 S 函数在这个例子中不用。点击 ，完成关闭 MD。d.用 VC 创建 GUI双击桌面上的图标启动 VCDesigner。（1）点击Yes 创建新的应用。指定项目文件夹（用 MD 创建的文件夹），点击OK。（2）点击菜单栏的 “Insert (I)” menu “Adding a Display Panel”，或者工具条下的“Add Display Panel”。（3）添加控件，属性设置创建新项目的时候，用下面三个函数来设计显示面板。- “Model Control Button - Execute” ： 执行模型- “Model Control Button Execute Complete” ： 停止模型- “System Operation Button - Complete” ： 完成应用从工具箱的“Button”把“Model Control”拖拉到显示面板。右击项目的控件，从菜单选择“Properties”，设置命名和标题。打开模型控制按钮的属性选项，设置“Command”为 “Execution”在“Start”栏下设置“Title Name”然后点击 OK。（4）分配模型的监控信号的控制到显示面板。从工具箱里的“Indicator”把“Trend”拖拉到显示面板。右击已经拖到面板的控件，选择“Properties”.在“Trace”栏下的“Trace 1”下选择显示的信号。（5）给输出信号改变幅值率分配控制。从工具箱拖拉“Settings”里面的“Numeric Input” 到显示面板。右键打开“Numeric input”的属性。点击“Parameters”栏指定参数。“Constant” 模块“BAIRITSU”在这里关联（6）用菜单栏的“Insert (I)” menu - “Add a Display Panel for the ADX”或者工具条里面的“Add a Display Panel for theADX”创建一个新的面板。会出现下面 AD5435 的特殊显示面板。拖拉工具条下“For theADX”里面的“Model Control”到显示面板。（7）窗口完成后，点击菜单栏的“File (F) - Saving the Project File Ctrl+S”。（8）点击菜单栏的“Run Mode (R)” “Start F5”或者 （运行开始按钮）。3.2基础案例操作通过一个使用仿真机的10板卡（ADDA复合卡）进行AD采集和DA输出的demo，介绍如何使用仿真机的RTI（板卡驱动模块）以及如何使用仿真机的接插件。a、 搭建模型搭建如下图所示的Simulink模型：其中，“Ext10_DAOut”、“Ext10_Cfg”、“Ext10_ADIn”以及“AD5430_SyncClkCfg”均来自“A&D AD5435 System Blockset”中。此模型实现的功能是：通过10卡输出4路的正弦电压，可以通过更改正弦信号模块的参数（幅值、频率）改变输出信号；同时通过10卡采集4路电压信号，并可通过“Select_wave”来选择显示哪路信号。各模块的参数配置分别为：b、 模型编译将模型自动生成代码并编译，具体步骤可参照前面。c、 模型定义进行模型的信号和参数的定义，具体步骤可参照前面。d、 设计GUI设计实验监控界面，设置控制按钮，并拖拽信号显示控件以及数值输入控件并与信号和参数进行关联。具体步骤可参照前面。e、 实时仿真测试将接插件（绿色粗布线）一端插入10板卡，查看另一端散头线的标识，找到AD采集通道和DA输出通道。引脚配置和通道的对应关系如下图所示。详细的板卡使用说明请参看AD5430-10InstructionManual。运行仿真，将DA输出通道和AD采集通道相连（如1-15，20-34），可以通过界面查看两个信号的匹配程度。也可以使用示波器连接DA输出通道（如15-正，34-地），在示波器中观察输出的电压信号。3.3综合案例操作（提供Demo）通过搭建模型，使用仿真机的通信板卡（17B卡）控制轮毂电机的启停、正反转。通信协议：a、 搭建模型搭建如下图所示的模型。含4个子系统：“Conf”子系统设置CAN通道及波特率等；“Tx”、“Tx1”及“Tx2”子系统分别发送报文“302H”、“303H”及“111H”。模块“ADX_SJACAN_Config”初始化设定通道的 CAN 通讯。1 通道的波特率设为 500kbs（有终端电阻时）。sf_ADX_CAN_Tx 的“Data”为要发送的数组，“Data_Length”为数组长度。当“TxEvent”值为非 0 时，开始传输数据。b、 模型编译将模型自动生成代码并编译，具体步骤可参照前面。c、 模型定义进行模型的信号和参数的定义，具体步骤可参照前面。d、 设计GUI设计实验监控界面，设置控制按钮，并拖拽信号显示控件以及数值输入控件并与信号和参数进行关联。具体步骤可参照前面。e、 实时仿真测试连接好电机、直流电源、电机控制器和AD5435仿真机间的接线，启动系统。运行实时仿真程序，通过点击实验监控界面中的按钮实现电机的启停、正反转。四、 问题与总结4.1注意事项1、IP地址设置需要注意电脑的IP地址需要和仿真机AD5435的IP地址设成同一段。设置方法：2、模型定步长需要注意模型的求解器一定要设定为定步长。3、10板卡的同步时钟模块需要注意在使用板卡的RTI模块时，需要添加同步时钟模块，并设定相关卡槽号。4、板卡的卡槽号在使用板卡RTI使，一定要设置对应的板卡卡槽号（可在仿真机的背面来看到Slot号）。4.2常见问题Q&A1、仿真机的架构？AD5435仿真机是组件式系统，有2个cpu（通信处理器、仿真处理器），同时最多可以插入7块IO板卡。本实验室的仿真机系统具有AD5430-10卡（AD/DA复合卡）、AD5430-13卡（PWM输入输出卡）以及AD5430-17B卡（通信卡）。2、仿真机的用途？AD5435仿真机主要用于控制算法的快速验证。算法是通过MATLAB/Simulink搭建模型，经过离线仿真之后，可以将控制算法模型自动生成代码，下载到AD5435仿真机中。通过仿真机的IO板卡可以实现与