b. 积分方法

　　电机的数学模型是一组微分方程。当在FPGA上仿真电机驱动模型时，实际上是在FPGA上对这些微分方程进行积分。由于期望的积分步长非常的小，仅为几微秒的量级。

　　所以用户可选择最简单的积分方法，如欧拉方法，此方法适用于小步长情况。

方案流程图

　　下图为创建基于FPGA电机仿真器的流程图。

　　第一步，用户需要采集电机参数及原始数据。通过浮点仿真来验证仿真结果是否与测量数据相符。然后采用定点仿真来验证定点电机模型，确定精度是否达到要求、输出结果是否令人满意。完成定点模型验证后，就可以进入最终部署阶段。

应对定点实现的挑战

　　不同的电机通常具有相差较大的功率级，然而定点数据类型的范围及精度是确定的，因此选择合适的定点数据类型非常重要，否则量化误差就会快速积累从而导致错误的仿真结果。用户往往难以调整或校准所有的定点数配置来适应自己的情况。美国国家仪器公司提供以下方案来应对这些挑战。

a. 归一化系统

　　除了使用工程单位外，电气工程师还使用归一化系统。归一化系统将电流、电压、速率等统一度量，使其操作点的归一化值接近1.0。归一化系统的这一特点非常适用于定点实现。通过归一化可将定点电机模型用于各类不同电机。

　　使用归一化系统以后，用户可为定点电机模型选择确定的预定义定点数据类型。下表为部分选择列表。

　　以上选择都为极端情况（如电流过载等）留有余量。

　　确定以上参数的定点数据类型可帮助用户选择内部计算单位的定点配置，如下图中Idq至Iabc的转换。

b. 将部分计算量移至主机

　　电机仿真过程涉及一些除法操作，如。此类操作不涉及电流等时变参数，因此用户无需每步都更新该值。用户可将这个除法操作移至主机来运算，避免在FPGA中进行除法运算的棘手问题。

　　因此针对定点电机模型共需两个VI。主机VI处理一些除法操作及参数转换工作；FPGA VI用于仿真目标的定点电机模型。

案例

　　下图显示了定点PMSM模型在加速及减速过程中的速率及电磁转矩。

　　用户可在上图中观察到减速阶段的再生制动效应。当电机将能量回馈给DC电源（电池）时，电磁转矩为负值。

结论

　　本文介绍了基于LabVIEW FPGA的电机驱动仿真器，可以用来帮助用户通过NI-RIO硬件创建高速电机驱动HIL测试。