基于PAC的電機控制器快速控制原型的研究

摘要：電機控制器的開發是電動汽車開發中的重要環節。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、功能、實現形式進行闡述，結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。
關鍵詞：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具有小批量、面向不同對象的特點，因此對開發方法應具有周期短，成本低的特點，同時控制器應該具有較強可重用性和可靠性，且能滿足復雜控制算法執行和參數可在線調節。傳統的電機控制器開發一般有3種：基于可編程邏輯控制器(PLC)的電機控制器開發；基于專用電機控制的集成電路(IC)的電機控制器開發；基于微處理器(MCU)的電機控制器開發。這3種技術各有優缺點及其應用場合：基于PLC的電機控制開發擁有成熟的開發軟件，開發周期短，且PLC運行可靠穩定，但不能實現復雜的控制算法；基于IC的電機控制器雖然其單個成本低，但其開發周期長、開發成本高、具有不可重配置性；基于MCU的電機控制器開發雖然可以運行復雜的控制算法，但還是存在系統的通用性較弱、開發周期長的缺點。隨著技術的不斷發展，現在出現一種結合這幾種優點的適用于電動汽車電機控制系統的開發平臺——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，然后結合永磁同步電機的磁場定向控制技術特點，簡述了如何通過Compact RIO平臺實現磁場定向控制的快速控制原型開發。

1 NI Compact RIO PAC平臺
可編程自動化控制器(PAC)是集計算機技術、自動控制技術、儀表技術和網絡通信技術為一體的自動控制裝置。由表1可看出PAC既具有傳統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、方便的網絡連接優勢。

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。其采用可重新配置I／O(RIO)FPGA技術，以及開放式的模塊化結構，使用戶可根據具體的項目需求配備不同的模塊從而可以實現多領域的控制需求。同時，RIO核心具有內置式數據傳輸機制，可將數據傳輸到嵌入式處理器，用于實時分析、事后處理、數據記錄并且可以聯網與主機系統進行交互。此外，NI LabVIEW是一個開放而靈活的開發環境，能夠與多種工業硬件無縫連接，將基于配置的開發方式和編程語言緊密結合起來。圖1所示為Compact RIO的功能圖。