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Initiation au système dSPACE, de l’interface RTI dans Simulink et de ControlDes

Initiation au système dSPACE, de l’interface RTI dans Simulink et de ControlDesk Next Generation 5.4 version 2.0 Abdallah DARKAWI POLYTECH NANTES Département Génie Électrique Site de Gavy Océanis - BP 152 44603 SAINT NAZAIRE CEDEX http://web.polytech.univ-nantes.fr/ 01 novembre 2015 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] D é p a r t e m e n t G é n i e É l e c t r i q u e S i t e d e G a v y O c é 6 0 3 S A I N T N A Z A I R E C E D E X I n i t i a t i o n a u s y s t è m e d S P A C E Page 1 1. Configuration minimale requise La configuration minimale requise pour utiliser le système dSPACE est : Processeur : Pentium 4 at 2 GHz (ou équivalent) Mémoire vive : 2 GB RAM Espace disque : 5.5 GB Pour la licence (Dongle License) : un port USB pour installer le Dongle Un slot : pour installer la DS1104, il faut un slot de libre dans la carte mère du PC (33 MHz/32-bit 5 V PCI slot). 2. Carte dSPACE Le pilotage en temps réel des systèmes continus se fait à l’aide d’un PC connecté à la carte dSPACE DS1104. La programmation se fait à l’aide de l’outil de modélisation SIMULINK, qui aide à poser le problème d'une manière graphique en utilisant les blocs interconnectés. En fait, beaucoup de systèmes de développement en temps réel à base de DSP viennent maintenant avec une interface à Simulink par laquelle ils peuvent convertir les blocs de Simulink en un code machine qui peut être exécuté sur un système à base de DSP. Ceci réduit considérablement le temps de développement et de prototypage pour le control des systèmes. Le prototypage passe alors par trois étapes : 1. Construction du système de commande en utilisant les blocs de Simulink 2. Simulation du système pour voir les résultats dans différents scénarios. 3. Exécution du modèle en temps réel à travers la carte DS1104. Le processeur principal est un MPC8240, avec une horloge de 250MHz. Les caractéristiques de la carte sont données dans le tableau de la figure 1 (document constructeur). Figure 1. Principales caractéristiques du DS1104 La carte DS1104 (Master PPC) dispose de 8 convertisseurs analogiques numériques ADC dont la tension d’entrée est comprise entre -10V et +10V; et 8 convertisseurs numériques analogiques DAC dont la tension délivrée est comprise entre -10V et +10V. Il dispose également de plusieurs interfaces notamment des entrées sorties numériques, des codeurs incrémentaux, etc…(voir figure 2). La carte DS1104 dispose également d’un DSP esclave, le TMS320F240 DSP qui sera utilisé pour générer les signaux PWM. Pour plus de détails sur la carte DS1104 vous pouvez consulter la documentation en ligne en cliquant sur le lien suivant : http://www.sport-transfer.eu/media/blfa_files/wymiary_boiska.pdf Remarque : les signaux PWM générés par le DSPACE sont des signaux TTL de niveau de tension compris entre 0 et 5V. Les onduleurs pédagogiques SEMIKRON sont dotés des cartes drivers permettant de piloter les IGBT des bras de pont. novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 2 Figure 2. Architecture du DS1104 Le master PPC contrôle deux types de convertisseurs Analogic to Digital Converter :  Un convertisseur A/D (ADC1) multiplexé pour les signaux (ADCH1 à ADCH4) : - Résolution 16-bit - Plage de tension ±10 V - Marge d’erreur Offset ± 5 mV - Marge d’erreur sur le gain ± 0.25% - Rapport signal sur bruit SNR >80 dB (at 10 kHz)  Quatre convertisseurs A/D (ADC2 … ADC5) pour les signaux (ADCH5 à ADCH8). Les caractéristiques de ces convertisseurs sont : - Résolution 12-bit, - Plage de tension d’entrée ±10 V, - Marge d’erreur Offset ± 5 mV, - Marge d’erreur sur le gain ± 0.5%, - Rapport signal sur bruit > 70 dB Lorsqu’on place un bloc ADC dans le programme Simulink, on doit tenir compte du fait que toutes les entrées analogiques à l’entrée du dSPACE sont multipliées par un gain de 0.1 pour avoir des signaux compris en -1V et +1V. Il faut donc multiplier par un gain de 10 toutes les entrées analogiques à chaque fois que l’on utilise les blocs ADC. Après avoir placé le bloc ADC dans le programme, il faut choisir le channel sur lequel on veut connecter le signal en double-cliquant sur le bloc, on obtient la fenêtre de la figure 3. novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 3 Figure 3. Choix du channel ADC Les caractéristiques des canaux « Digital to Analogic » (pour les signaux DACH1 … DACH8) sont : - Résolution 16-bit - Plage de tension des sorties analogiques ±10 V - Plage d’erreur Offset ± 1 mV, - Plage d’erreur sur le gain ± 0.1% - Rapport signal sur bruit >80 dB (à 10 kHz) De même, lorsqu’on place un bloc DAC dans le programme Simulink, on doit diviser par un gain de 10 pour avoir des signaux compris en -1V et +1V. Il faut également choisir le channel sur lequel on veut avoir le signal en double cliquant sur le bloc. On peut également régler les paramètres d’initialisation et de terminaison (figure4). Figure 4. Propriétés des bloc DAC Pour implémenter la commande temps réel en utilisant la carte « dSPACE DS1104 R&D Controller Board » et le logiciel Matlab/Simulink, on a besoin de : 1) La carte de contrôle dSPACE DS1104 Figure 5. Illustration de la carte DS1104 2) La licence sous forme de clé USB (Dongle) novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 4 Figure 6. Dongle 3) La licence software (fichier Licence.dsp) 4) Le fichier Keys.dsp 5) Et enfin le panneau de connexion CP1104 Figure 7. Illustration du Panneau de contrôle CP1104 (Les panneaux que nous disposons dans la salle de projet sont exactement les mêmes mais avec des Leds) 3. Construction du Model SIMULINK Avant de créer un model sous Simulink, démarrez le programme Maltab puis choisissez le model de votre carte DSPACE à l’ouverture de Matlab. Une fois la carte choisie et activée vous aurez le message suivant : novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 5 Démarrez ensuite le programme Simulink dans Matlab. Pour ajouter des blocs de la librairie RTI1104, ouvrez la librairie en tapant la commande RTI1104, ou à partir de Simulink Librairy Brower. Cliquez par exemple sur MASTER PPC, la fenêtre suivante s’ouvre : novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 6 Choisissez new file Ajoutez des blocs Simulink et des blocs ADC et DAC à partir de la librairie Master PPC et ajoutez les connexions suivantes novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 7 Enregistrez le fichier et ensuite réglez les paramètres de simulation. Dans l’onglet Simulation, puis Model Configuration Parameters. Dans l’onglet Solver, modifiez le Stop time et mettez Inf (infini). Dans Solver Options, Type, choisissez Fixed-step, et ensuite choisissez ensuite une période d’échantillonnage, choisissez par exemple 1e-3 ou 1e-4. Dans Optimization, décochez la case Bloc reduction novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 8 Toujours dans Optimization puis Signals and Parameters puis décochez la case Signal storage reuse Allez dans Hardware implementation puis dans Device Vendor, choisissez Generic, Device Type Custum, Byte ordering : Big Endian et pour le paramètre Signed Integer division rounds to : Zero. novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 9 Ensuite allez dans Code Genreation puis choisissez dans Sytem target file, le fichier rti1104.tlc, et pour le Language choisissez C (pour générer un code C) puis cliquez sur Apply. Vous pouvez ensuite exécuter le programme et générer le code C en cliquant sur control+B (B comme build) ou en cliquant sur l’icone . novembre 2016 [SUPPORT DE COURS – SYSTEME DSPACE] POLYTECH NANTES – Département Génie Electrique Page 10 Vous pouvez également cliquer dans le menu Code puis C/C++ Code et Build Model Le code C sera créé, compilé et envoyé à la carte DSPACE. Un fichier *.sdf sera ensuite généré dans le répertoire de travail. Ce fichier contient toutes les variables utilisées dans votre programme Simulink. 4. Implémentation d’une application temps réel avec Controldesk Next Generation ControlDesk est une interface qui permet de visualiser en temps réel différentes variables du programme développé sous Simulink et de modifier également des paramètres définissant le mode de fonctionnement des blocs constituant le schéma Simulink. La visualisation de variables ou de signaux et la modification de paramètres sont possibles par l’intermédiaire d’instruments graphiques que l’on peut sélectionner dans la fenêtre instruments. L’espace de travail sous ControlDesk est composé : - d’une fenêtre de navigation (Navigator), elle liste les Layouts, la carte uploads/Geographie/ initiation-au-systeme-dspace-de-l-x27-interface-rti-dans-simulink-et-de-controldesk-next-generation-5-4-version-2-0-pdf.pdf