考虑空载损耗的IPMSM半实物实时仿真测试

提出了一种基于数字化虚拟电机的半实物实时仿真测试方法。利用FPGA构建了考虑空载损耗的内置式永磁同步电机(IPMSM)以及基于同步状态机的逆变器的虚拟电机系统。虚拟电机系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。采用d SPACE作为控制器,搭建了基于IPMSM虚拟电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台。在四象限运行的车用电机实物平台上进行了电机的空载、负载工况下的矢量控制试验。通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟永磁同步电机系统的有效性和准确性。     

基于现场可编程门阵列永磁同步电机模型的硬件在环实时仿真测试技术

为实现电机控制器的性能测试、设计验证及优化,提出基于现场可编程门阵列(FPGA)永磁同步电机(PMSM)驱动系统模型的硬件在环(HIL)实时仿真测试技术。在FPGA中建立起PMSM及逆变器的实时仿真模型,将其连接真实的数字信号处理器(DSP),实现HIL的半实物实时仿真测试。实时仿真模型在FPGA板卡上以50MHz速度运行,累计延迟(响应时间)4.14μs。将HIL平台(真实控制器和FPGA实时仿真模型)与全实物的通用平台(真实控制器、逆变器和PMSM)进行了试验比较,稳态电流幅值相差1.45%,验证了HIL平台的有效性和准确性。     

基于FPGA的虚拟异步电机系统的半实物实时仿真

提出一种基于数字化虚拟电机控制器的半实物实时仿真测试方法。利用现场可编门阵列(FPGA)建立三相异步电机及逆变器的虚拟电机系统模型,系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。在离线仿真环境MATLAB/Simulink中开发按转子磁链定向的矢量控制方法,实现RTW方式写入dSPACE控制器。搭建基于虚拟异步电机系统的硬件在环(HIL)实时仿真平台,并完成测试。在全实物平台上实施异步电机空载/负载工况下的矢量控制试验,通过与HIL试验结果的对比,验证了虚拟异步电机系统的有效性和准确性。     

车用电机硬件在环实时仿真与测试平台

车用内置式永磁电机功率密度高,参数非线性变化显著.针对此情况,本文在高速FPGA芯片上建立车用永磁电机的非线性模型,与真实控制器连接,构建了硬件在环半实物实时仿真与测试平台(HIL-bench).利用两台产品级车用永磁电机组成共直流母线互馈对拖平台(M/G-bench),与所构建的实时仿真测试平台进行对比.测试转速范围从恒转矩区到弱磁区,测试转矩从轻载到额定负载.对比结果表明,在高速指标方面,HIL-bench系统仿真步长已达到1μs;在逼近现实工况指标方面,两个平台的平均误差为4.15％.     

永磁同步电机控制硬件在环测试平台的实现

为实现电机控制器的性能设计及验证,提出了基于RT-LAB和JMAG的永磁同步电机硬件在环(HIL)实时测试平台。利用JMAG电磁软件建立了永磁同步电机(PMSM)的有限元分析模型,应用RT-LAB,搭建了永磁同步电机及逆变器的实时仿真系统,将其与真实的电机数字控制器相连,实现了永磁同步电机的矢量控制。将HIL平台实验结果和全实物平台实验结果进行了比较,验证了该平台的准确性和有效性。     

基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试

随着新能源汽车电控系统的发展以及复杂度和集成度的提高,整车故障保护策略已成为软件开发的重要组成部分之一,但测试难度较大且风险较高,尤其针对电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。通过对电机控制系统故障保护策略及硬件在环(HIL)测试方案的介绍,并结合dSPACE仿真系统,针对车用电机控制单元搭建了信号级HIL仿真测试平台。借助上位机实时模拟电机不同故障工况,并进行试验和测试结果的分析,验证了电机控制器故障保护策略的正确性,同时体现出HIL测试方法的优越性。     

基于嵌入式系统的异步电机半实物实时仿真平台

提出了一种基于嵌入式虚拟电机闭环控制的半实物仿真平台。为了精准地模拟出真实电机启停、变速等过程中内部电磁与机械状态的变化过程,基于硬件在环技术,构建了一种利用嵌入式装置运行电机模型搭配实体PLC控制器的硬件在环(HIL)实时仿真平台。嵌入式装置与PLC实物控制器进行实时通讯,并通过PLC发出的动作指令调节电机转速,构成一个闭环实时控制系统,整个过程最终呈现在上位机界面。系统的仿真步长达到200μs,逼近真实工况。仿真系统分为在线和离线,二者参数一致,得到的转速及电流电压波形与MATLAB建模结果比对,实验结果准确可靠,既满足在线实时仿真科研,又满足离线培训教学演示。相比纯实物实验节约科研经费,缩短时间成本,体现了该硬件在环仿真平台的可行性与优越性。     

无刷直流电机半实物实时仿真及测试

研究提高无刷直流电机(BLDCM)通用性的方法,基于电机和逆变器HIL建模的原理,设计硬件在环(HIL)实时仿真实验。采用标幺化建模方法,避免由于仿真电机的更换所造成的数据溢出;建立电机HIL模型,使用实物电机中的非理想反电势波形,模拟实物电机的输出;建立逆变器HIL模型,增加续流和关断过程,适用于多种运行状态;最后,搭建了电机参数实时发送上位机平台,方便电机参数的修改和实时加载,防止定点数重复计算,提高建模效率。将HIL平台与全实物实验平台进行了实验对比,结果表明,HIL实时平台能准确仿真出不同反电势波形的BLDCM在不同控制方式下的运行过程,在实时性、通用性和精度方面符合需求。     

基于数字化虚拟电机硬件在环实时仿真测试

提出了一种基于数字化虚拟电机闭环控制的半实物仿真测试平台。为了更精确地模拟内置式永磁同步电机(IPMSM)宽调速、高转矩的运行特性,基于现场可编程门阵列(FPGA),构建一种考虑电感饱和效应的IPMSM硬件在环(HIL)数字化电机仿真平台。利用有限元计算及Verilog语言编程,建立IPMSM及逆变器模型,整个系统的仿真步长为1μs,逼近真实工况。控制器方面使用与Simulink无缝连接的快速控制原型,对数字化电机采用传统的最大转矩电流比(MTPA)与弱磁控制相结合的控制策略。得到了数字化电机闭环控制的试验波形,讨论了电感饱和效应对传统定参数模型控制效果的影响,体现了这种半实物仿真测试平台作为一种测试控制器算法的可行性和优越性。     

基于三维电感表的IPMSM半实物仿真的实现与测试

内置式永磁同步电机功率密度高,特别是在大转矩、高饱和运行工况下,由于交直轴磁路交叉耦合作用的存在,电机参数的变化对电机性能影响显著。在基于FPGA的车用永磁电机硬件在环实时仿真平台上,为提高仿真精度,用Verilog HDL语言构建了三维电感表,以解决永磁同步电机交叉耦合与饱和效应的影响。在车用电机实物对拖平台上进行了各种工况的对比,误差减小至2.85%。     

基于FPGA的永磁同步电机谐波电流实时仿真研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型在仿真阶段无法描述谐波电流的问题,构建基于现场可编程门阵列(FPGA)的PMSM分布参数模型。利用该模型反映齿槽转矩、气隙磁场等特点,通过搭建硬件在环(HIL)平台,进行试验验证。通过对模型公式的分析,进行离散化描述,编写Verilog语言程序并在FPGA上运行该模型,再通过与真实控制器连接,进行试验测试,验证了该模型在不同工况点下反映谐波电流的情况。结果表明:该仿真平台能够较好地反映电机谐波电流情况。     

基于HIL仿真试验平台的动车组电机缺相故障研究

牵引控制系统中异步电机定子绕组发生故障,导致定子绕组不对称连接,严重影响动车组(EMU)牵引控制系统的安全稳定运行。针对牵引控制系统中异步电机定子一相绕组缺相故障,考虑端电压约束条件,推导电机一相缺相的数学模型,并基于硬件在环(HIL)仿真试验平台对数学模型进行验证。详细阐述了HIL测试平台的系统框架,设计实现方法,软硬件连接配置。将Xilinx软件下搭建的电机缺相数学模型下载至dSPACE仿真机上运行,与牵引控制单元（TCU）连接,进行HIL仿真,通过检测算法对电机缺相故障作出判断与处理。结果表明该仿真测试平台的有效性,可提供接近真实的测试环境,为牵引控制系统电机缺相故障诊断与算法功能开发提供了理论基础和设计依据。     

FPGA‐based implementation for improved control scheme of grid‐connected PV system with 3‐phase 3‐level NPC‐VSI

The large scale penetration of renewable energy resources has boosted the need of using improved control technique and modular power electronic converter structures for efficient and reliable operation of grid‐connected systems. This study investigates the performance of a grid‐connected 3‐phase 3‐level neutral‐point clamped voltage source inverter for renewable energy integration by using improved current control technique. For medium or high‐voltage grid interfacing, the multilevel inverter structure is generally used to reduce the voltage stress across the switching device as well as the harmonic distortion. The neutral‐point clamped voltage source inverter is controlled by using decoupling technique along with the proper grid synchronization via moving average filter–based phase‐locked loop. The moving average filter–based phase‐locked loop is used to reduce the delay in grid angle estimation under balanced as well as distorted grid conditions. A Lyapunov‐based approach for analysing the stability of the system has also been discussed. In this study, the hardware‐in‐loop (HIL) simulation of the control algorithm and the grid synchronization technique is realized using Virtex‐6 FPGA ML605 evaluation kit. The performance of the system is analyzed by conducting a time‐domain simulation in the Matlab/Simulink platform and its performance is examined in the HIL environment. The simulation and the hardware cosimulation results are presented to validate the effectiveness of the proposed control scheme.     

基于RTU平台的永磁同步电机无位置传感器控制算法

传统电机控制中常用的芯片有FPGA、DSP、ARM等,均需要进行手工编程,不仅开发过程复杂,而且调试过程较为繁琐。针对此类情况,半实物仿真平台RTU (Real-time unit)为用户提供了一种在真实硬件上无需手动编程就可以非常有效且快速地开发、优化和测试复杂控制算法的方法。采用RTU试验平台,实现了永磁同步电机(PMSM)模型参考自适应无位置传感器控制系统的开发。在MATLAB/Simulink和RTU平台下对该控制策略进行仿真和试验研究。研究结果证明了该控制方法的正确性以及RTU平台的可行性和有效性。     

用于开发车辆MCU的变参数电机硬件在环测试方法

分析了电机驱动控制器硬件在环(HIL)仿真技术的关键点,基于NI平台和OPAL-RT电机和电力电子仿真工具包建立了完整的用于开发、测试和验证车辆微控制单元(MCU)的HIL仿真测试系统,功能涵盖试验配置和管理、模型自定义、非线性特征定义和在线调参等。详细介绍了试验中各部分模型的建立方法。结合电机标定测试工况,分别基于电机定参数模型和变参数模型进行仿真测试。测试结果表明,变参数电机模型的试验结果与真实台架的测试结果近似,误差小于15%。通过软件故障注入功能,方便地实现了功率管失效、桥臂直通和相间短路等电气故障注入测试。     

基于交叉耦合效应的车用内置式永磁电机转子位置估计

该文提出一种基于滑模观测器和基于凸极效应信号注入相结合的、考虑电机中电感交叉耦合效应的内置式永磁同步电机无速度传感器控制方法。系统在硬件在环平台中实验。直轴和交轴电感间的交叉耦合效应由有限元法算得。所提出的方法能使内置式永磁同步电机获得更好的运行性能。硬件在环平台验证了Matlab/Simulink的结果。样机实验得到的结果与Matlab仿真以及硬件在环实验的结果相吻合。实验结果表明,所提出的算法是有效的,硬件在环平台在一定程度上能模拟样机实验。     

大功率电力牵引控制系统硬件在回路实时仿真

硬件在回路仿真可以有效地对电力牵引驱动控制器进行各种条件特别是极限、故障条件下的测试。本文采用dSPACE实时仿真器对大功率电力牵引驱动控制系统进行硬件在回路仿真,建立了电力牵引驱动系统的实时模型,采用双线性插值方法解决了由于固定仿真步长内发生的离散开关事件引起的误差。实时仿真与系统实验对比结果验证了实时仿真系统的有效性和可信度,在开发和测试阶段可以代替实际逆变器和电机进行实时闭环测试。     

永磁同步电机HIL仿真研究

为改进全数字仿真实时性不足并简化DSP编程,提出了一种永磁同步电机HIL（硬件在回路）实时仿真方法。详细设计了系统硬件,构建了基于Simulink的永磁同步电机的数学及HIL仿真模型,可自动生成优化的嵌入式仿真代码、在线调整模型参数并监视仿真数据,实现了永磁同步电机在HIL仿真下的直接转矩零矢量控制。仿真结果表明,系统具有很好的实时性且可靠性高,与传统的手工编写和修改仿真模型代码的方法相比,加速了电机控制系统的研制,并优化了控制律。     

基于HIL的永磁同步电机矢量控制系统的开发

汽车电控系统研发中,很长一段时间内都是使用传统的开发模式,不仅需要手工编写大量代码,而且需要设计相应的接口电路及驱动检测装置,时间长、重复性工作多,本文采用基于V流程的模式进行电机控制系统的开发,对永磁同步电机矢量控制进行了研究。通过在Simulink上搭建永磁同步电机矢量控制算法模型并且实现自动生成代码下载到DSP中,然后在Typhoon HIL电力电子半实物仿真平台上搭建逆变器、永磁同步电机模型,连接DSP对PMSM矢量控制算法进行测试,完成永磁同步电机控制器的开发。