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デジタル制御システム
pCUBE

パワエレを熟知したエンジニアが設計した拡張性の高いコントローラおよび開発環境です。目指したのは、パワエレ開発に求められる3大要素「高い安全性」「制御量の波形表示」「簡単操作」。これまでとこれからを見据えた進化する最先端のパワエレ開発システムが誕生しました。

最先端IT技術により進化するパワエレ専用プラットフォーム。

デジタル制御システム PE-Expert4

基本システム:MWPE4-RACK12、MWPE4-C6657、
MWPE-VIEW-X、MWPE-EXP4-LIB

レンタルに関して

パワーエレクトロニクスの開発環境に求められる3大要素。

パワーエレクトロニクス(以下、パワエレ)の分野は、マイコン制御や電気回路・機械・系統連系の技術など、多岐にわたる知識が必要となります。さらに近年では、モータやインバータなどの単一のパーツでは性能向上が難しく、システムの全体最適が必要となっています。そのため、性能改善のため、専門分野を超えて開発することも少なくありません。これは制御開発についても例外ではないため、専門分野でなくても簡単に使える開発環境が求められます。
電力変換器の開発では、常に高速スイッチングするノイズ環境の中、高電圧・大電流を扱うため、コントローラの誤動作が起きやすく、パワエレならではの独自の悩みが常に付きまといます。高速スイッチングしている制御対象は、急に止めることができないため、JTAGツールでのデバックでは不便を感じたり、場合によっては誤動作の原因になる恐れもあります。そのため、安全かつリアルタイムにデバックするツールが求められます。
多くの制御対象は、モータや系統に接続されるため、オシロスコープなど多種の計測器を用いて波形表示させ、制御パラメータの最適化をはかりますが、その際に制御量と計測器の測定データ間で同期をとることや、計測器では測定しずらい箇所の計測をどうやって行うかなど、さまざまな障壁があります。そのため、制御量のパラメータ最適化をいかに短期間で導き出すかが、開発効率化の1つのポイントとなります。
そこで、20年にわたりパワエレに関わる大学の研究室や、企業の研究・開発部門へデジタル制御システムを納品してきた当社は、その技術とノウハウを集結させ、パワエレ開発に求められる3大要素すべてに対応し、将来起こり得る課題を予測した、最先端のパワエレ用制御システムPE-Expert4を開発しました。


PE-Expert4特徴 〜目指したのは、パワエレに特化した統合開発環境〜

ハードウェア面

  • 将来を見据えた1.25GHzのデュアルコアDSPを搭載し、ベクトル制御5μs以下を実現
  • オプションボードの追加で、容易にI/O・機能拡張可能
  • 光ケーブルインターフェースを採用し、絶縁およびパワエレ特有のノイズを対策

ソフトウェア面

  • パワエレ専用ライブラリPEOS搭載し、パワエレ初心者にも優しいC言語開発
  • WDTによる制御暴走時のゲートブロックなど、安全性を考慮した設計
  • 専用カーネルが制御とデバッグを分離し、デバッグの影響を受けません
  • 制御ソフトウエアの変数をリアルタイムに観測・制御可能
  • オシロスコープのように内部変数を波形表示、リアルタイムデバックを実現

キャリア周波数200kHzでベクトル制御を実現

高性能なDSPの採用に加え、通信にかかる時間や遅れを短縮し、処理速度を飛躍的に向上しました。一般的なベクトル制御の処理は、PWM指令出力を含めても5μs以下で行うことが可能です。


PE-Expert4が、高速制御を実現できる理由

PE-Expert4は、1.25GHzの高性能DSPなど下記の点を考慮し、システム全体の最適化をはかり、高速コントローラを実現しています。例えば、高速に大量のデータを送るよりも、小さなデータを数多く送れた方がパワエレには向いているため、オプションボードを繋ぐバスの通信方式も独自開発しています。

可変キャリア周波数イメージ図

制御を止めないキャリア周波数の変更

制御プログラムを実行中に、キャリア周波数を変更できます。切り替えるタイミングで制御が途切れることもありません。

可変キャリア周波数イメージ図

ボード間同期で複数のインバータを同期制御

専用ラック内に挿入された異なる複数のオプションボードの動作を同期できるため、複数のインバータを同期制御できます。複数のPEVボードのキャリアを同期させ、MMC(Modular Multilevel Converter)としてご活用いただけます。


PE-Expert4システム構成

  • ハードウェアの拡張は10スロット分可能なため、様々な開発用途に対応
  • 専用バス設計により、オプションボード間の同期制御が可能
  • 設計、制御、測定、デバッグなど、PC上のGUIで一括操作
  • PCとの接続は、光ケーブルを採用し絶縁。万が一、大電力が入ってきても、PCへの影響が最小限になる
    システム構成を実現

処理速度比較



ポイント1 高性能なDSP

従来品のPE-Expert3に搭載しているDSPと比べて5〜10倍の処理能力を持つDSPを採用し、業界トップクラスの高速浮動小数点演算DSPを搭載しました。


ポイント2 独自のバス通信方式

DSPのバス通信は画像処理など多くの情報の送信に適しており、少ない情報を高速で受け渡ししたいパワーエレクトロニクスの分野で使用すると信号の遅延が発生します。信号の遅延を最小にするため、バス通信方式を独自に開発して、高速制御を実現しました。


ポイント3 光モジュールの精度向上

従来品に比べ、より高精度な光モジュールを採用し信号の遅延が少なくなりました。光モジュールの立ち上がり時間、立ち下がり時間を大幅に短縮しつつ、コントローラとインバータ間の絶縁を実現しています。

PE-Expert3とPE-Expert4の比較

項目 PE-Expert3 PE-Expert4
搭載DSP TMS320C6713(225MHz) TMS320C6657(1.25GHz)
ベクトル制御 25μs 3.3μs
複数ボード間同期 なし あり
PEVボード 最大キャリア周波数 200kHz 500kHz
デッドタイム設定 20ns〜10.22μs 0〜20μs
キャリア割り込み調整機能 なし あり
ADコンバータ 8ch 12bit
(変換時間:2.0μs)
8ch 14bit
(変換時間:0.5μs)


この製品のFAQ

PE-Expert4に関するよくあるお問い合わせを、こちらのFAQにまとめております。

お問い合わせいただくよりも早く、問題が解決される場合がございます。


PE-Expert3をご使用のお客様へ

PE-Expertシリーズをご愛用いただき、ありがとうございます。

製品の仕様上、PE-Expert3とPE-Expert4には互換性がありません。
お使いいただいておりますPE-Expert3用の制御プログラムは、「PE-Expert3コンバータ」にて変換し、
PE-Expert4用プログラムとしてお使いください。


レンタルのご案内

デジタル制御システムPE-Expert4は、下記にてレンタルのお取り扱いがございます。
詳細は別途お問い合わせください。



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