基于PAC的電機(jī)控制器快速控制原型的研究

摘要：電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)是電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)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(dòng)化控制器(PAC)的電機(jī)控制器快速控制原型(RCP)的方法。通過(guò)對(duì)PAC的主要架構(gòu)、功能、實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行闡述，結(jié)合永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)定向控制方法，闡述了Compact RIO在電機(jī)控制器快速控制原型的具體實(shí)現(xiàn)方法。試驗(yàn)證明，基于PAC的快速控制原型方法適用于電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)。
關(guān)鍵詞：可編程自動(dòng)化控制器(PAC)；LabVIEW FPGA；電機(jī)控制；快速控制原型

電動(dòng)汽車(chē)用電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)具有小批量、面向不同對(duì)象的特點(diǎn)，因此對(duì)開(kāi)發(fā)方法應(yīng)具有周期短，成本低的特點(diǎn)，同時(shí)控制器應(yīng)該具有較強(qiáng)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(jī)控制器開(kāi)發(fā)一般有3種：基于可編程邏輯控制器(PLC)的電機(jī)控制器開(kāi)發(fā)；基于專(zhuān)用電機(jī)控制的集成電路(IC)的電機(jī)控制器開(kāi)發(fā)；基于微處理器(MCU)的電機(jī)控制器開(kāi)發(fā)。這3種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合：基于PLC的電機(jī)控制開(kāi)發(fā)擁有成熟的開(kāi)發(fā)軟件，開(kāi)發(fā)周期短，且PLC運(yùn)行可靠穩(wěn)定，但不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法；基于IC的電機(jī)控制器雖然其單個(gè)成本低，但其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)成本高、具有不可重配置性；基于MCU的電機(jī)控制器開(kāi)發(fā)雖然可以運(yùn)行復(fù)雜的控制算法，但還是存在系統(tǒng)的通用性較弱、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。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(diǎn)的適用于電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)——基于可編程自動(dòng)控制器(PAC)的電機(jī)控制器快速控制原型平臺(tái)。
筆者以美國(guó)國(guó)家儀器(NI)的CompactRIO為例，首先闡明了PAC平臺(tái)的定義和主要特點(diǎn)，然后結(jié)合永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制技術(shù)特點(diǎn)，簡(jiǎn)述了如何通過(guò)Compact RIO平臺(tái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向控制的快速控制原型開(kāi)發(fā)。

1 NI Compact RIO PAC平臺(tái)
可編程自動(dòng)化控制器(PAC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(dòng)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(diǎn)，又具有PC的高速運(yùn)算、豐富的編程語(yǔ)言、方便的網(wǎng)絡(luò)連接優(yōu)勢(shì)。

Compact RIO可編程自動(dòng)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(kāi)放式的模塊化結(jié)構(gòu)，使用戶可根據(jù)具體的項(xiàng)目需求配備不同的模塊從而可以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的控制需求。同時(shí)，RIO核心具有內(nèi)置式數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧教幚砥?，用于?shí)時(shí)分析、事后處理、數(shù)據(jù)記錄并且可以聯(lián)網(wǎng)與主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互。此外，NI LabVIEW是一個(gè)開(kāi)放而靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠與多種工業(yè)硬件無(wú)縫連接，將基于配置的開(kāi)發(fā)方式和編程語(yǔ)言緊密結(jié)合起來(lái)。圖1所示為Compact RIO的功能圖。