Taajuusmuuttajan teho-osan ja oikosulkumoottorin digitaalinen emulaattori

Abstract

Hankalasti testattavien järjestelmien tarkastelua varten on kehitetty emulaattoreita. Emulaattorin suunnittelussa tulee ottaa huomioon useita eri näkökohtia. Näistä merkittävimmät ovat tarvittava emulaation nopeus ja emulaattorin muokattavuus. Emulaattorin kehitystyöstä haluttiin saada mahdollisimman tehokasta ja jatkokäytölle helposti lähestyttävää, jonka vuoksi kehityksen aikana hyödynnettiin mallipohjaisen suunnittelun toimintatapoja.

Työssä kehitetylle emulaattorille määriteltiin kehityksen alkuvaiheessa tiettyjä vaatimuksia, kuten oikosulkumoottorin tarkka emulointi ja tietokoneella sijaitseva ohjauspaneeli. Tärkeisiin valintoihin kuului myös sopivan kommunikointiväylän valinta. Emulaattorin toiminnan testaamiseen valittiin kehitysympäristökortti vaadittujen ominaisuuksien mukaisesti.

Emuloitavaan järjestelmään valitut komponentit olivat taajuusmuuttajan vaihtosuuntaaja, oikosulkumoottori sekä kuormitusmalli. Emulaattorin ohjelmisto kehitettiin näiden komponenttien toiminnallisuuksien pohjalta. Emulaattorimallille tuli tiettyjä vaatimuksia, jotka koskivat sopivan aika-askeleen ja tiedonsiirtonopeuden määritystä. Toiminnallisuuden puolesta valmiina olleet simulointilohkot muutettiin diskreettiin aikatasoon ja käytettäväksi numerotarkkuudeksi määritettiin sopivat kiintopisteluvut. Muutoksien jälkeen nämä yksittäiset lohkot koottiin kokonaiseksi simulointimalliksi, josta sen jälkeen luotiin emulaattorikortin FPGA:lle siirtämistä varten VHDL-koodi. Emulaattorin käyttämistä varten suunniteltiin tietokoneella sijaitseva erillinen ohjauspaneeli, jonka avulla saatiin vaaditut ominaisuudet esiteltäväksi käyttäjälle.

Valmista emulaattorijärjestelmää testattiin sekä yksittäisten ominaisuuksien osalta että valmiina järjestelmänä. Testauksessa havaitut tulokset ja ongelmakohdat esitettiin. Työn tuloksena oli toimiva emulaattorijärjestelmä, jossa halutut emulointimallit ajettiin FPGA-piirillä ja jonka antamia tuloksia pystyttiin tarkkailemaan sekä toimintaa ohjaamaan tietokoneen käyttöliittymästä.