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％.     

基于MATLAB和DSP的滤波器硬件在环实时仿真

本文介绍了一种设计滤波器的新方法.该方法基于硬件在环实时仿真系统,通过MATLAB对DSP的滤波输出信号进行跟踪分析,实现了滤波器的快速设计.该滤波器准确度高,具有较强的实用性与灵活性.     

一种高速直线电机定位测速系统硬件在环仿真

高精度高实时性的定位测速系统对高速直线电机的稳定运行至关重要。为验证基于激光阵列的定位测速系统对高速直线电机控制系统的适用性,该文首先分析了激光阵列式编码器的工作原理,推导了定位测速系统参数设计的约束条件。其次建立了编码器及激光传感器阵列的数学模型,根据给定的位置信息产生脉冲信号驱动激光器,以模拟传感器在不同速度下产生的光脉冲信号,根据检测的光脉冲信号来计算动子位置和速度。最后基于所研制采集器、脉冲发生器、多通道模拟器及控制器,构建了一套定位测速硬件在环仿真系统。通过对比给定的位置/速度与检测到的位置/速度的数据结果,量化测量误差。通过与电机控制系统的硬件在环闭环系统联合仿真,验证了该方法的有效性,且能够为位置与速度检测算法的改进与仿真验证提供良好的测试平台。     

计及损耗的混合励磁电机建模与硬件在环实时仿真系统

由于混合励磁电机在传统建模时很少考虑电机运行中的损耗,导致电机实时模型仿真与实验存在较大误差。为了解决这一问题,该文提出一种计及铁耗、铜耗以及永磁体损耗的混合励磁电机建模方法。应用神经网络建立混合励磁电机模型,并在此基础上加入损耗计算,从而得到一种计及损耗的混合励磁电机实时仿真模型。以12槽10极混合励磁开关磁链永磁电机为例,在dSPACE中搭建电机与逆变器模型,从而构成硬件在环仿真平台。实验结果表明,与未计及损耗的混合励磁电机模型相比,计及损耗的混合励磁电机相电流幅值的仿真精度在轻载与重载时,分别最大提高了5.7%和12.5%。     

基于双cRIO的永磁同步直线电机硬件在环实时仿真平台

使用National Instruments公司的LabView8.6.1和cRIO9074,cRIO9004软、硬件平台成功搭建一套永磁同步直线电机硬件在环实时仿真平台。其中cRIO9074和cRIO9004分别用于永磁同步直线电机控制器仿真和永磁同步直线电机模型仿真,两者采用高速数、模数据采集卡进行数据交换,且其核心算法全部在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中完成,具有50us级的高实时性特点。该仿真平台的快速成功搭建,可以预先验证永磁同步直线电机的控制算法,从而便于提早发现潜在错误,节约调试成本、缩短调试周期和尽可能减小事故发生概率。     

硬件在环实时仿真系统延迟对滞环电流控制仿真影响研究

硬件在环实时仿真系统如RT-LAB、RTDS等近年在电力电子研究领域中得到了广泛的应用。在使用硬件在环仿真的过程中,研发人员往往关注仿真机的最小步长而忽视仿真机输入到输出的延迟指标。针对采用滞环电流控制的并网逆变器,研究了硬件在环实时仿真中输入到输出延迟指标的重要性。通过理论研究、仿真和实验得出在滞环电流控制的硬件在环仿真中,仿真机的输入到输出延迟对滞环电流控制有明显的负面影响,它会导致滞环比较带宽增加,进而降低滞环比较控制的开关频率,让并网逆变器的电流谐波增大,使得硬件在环仿真下的控制器性能劣于真实系统。即使仿真机保持较小的仿真步长,也无法真实有效地模拟出真实的滞环电流控制系统的性能。随着开关频率的提高,一味地通过提高仿真机性能来解决硬件在环仿真准确度问题的思路并不可取,未来需要考虑其他技术手段来缓解该问题。     

新能源汽车驱动电机硬件在环仿真技术综述

随着新能源汽车电机驱动系统的发展以及复杂度和集成度的提高,电机驱动系统的测试已成为整车开发的重要组成部分。但大功率电机驱动测试难度较大且风险较高,尤其对于电机控制系统,传统的台架和实车测试往往不能满足需求。从信号级硬件在环和功率硬件在环仿真的结构、实时仿真模型、应用领域三个方面进行综述,通过比较硬件在环仿真和传统台架测试的优缺点,明确了电机硬件在环仿真准确性和灵活性的优点,体现出电机硬件在环仿真测试方法的优越性。     

五相内置式永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

针对车用五相永磁电机构建了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件在环(HIL)实时仿真平台.在FPGA中建立采用定点与单精度浮点相结合的电机驱动系统数学模型,构建半实物电机系统;将其与dSPACE控制器连接,组成HIL实时仿真平台.将实时仿真结果与MATLAB/Simulink离线仿真对比,对比结果说明HIL平台不仅能实现对控制器硬件与软件的在线实时测试,而且在仿真精度上更加逼近车用电机的实际工况.     

基于OPAL-RT的电机模拟器仿真方法

针对传统电机控制器测试方案存在灵活性低、成本高等问题,本文提出一种电机模拟器硬件在环仿真测试方法。该方法利用功率变换器模拟电机的电气特性,基于OPAL-RT电力电子解算器的电机半实物仿真,可以更好地模拟电机电气特性,解决了无真实电机情况下的电机功率器件仿真问题。仿真结果表明,电机模拟器能够很好地跟踪电机的运行电流,从而模拟电机运行状态。     

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。     

控制系统硬件在回路实时仿真实验平台的dSPACE实现

应用dSPACE半物理仿真系统,研制一套电动伺服系统硬件在回路实时仿真实验平台.研究了基于dSPACE系统的运动控制系统半物理仿真实验平台的系统结构及开发流程,设计了一种适合于多种类型电机的通用电机驱动装置,最后在该实时仿真实验平台上研究了无刷直流电动机伺服控制系统的设计,并通过实验结果验证了系统设计的合理性及控制的有效性.研究成果表明,dSPACE实时仿真系统为运动控制系统的研究与开发提供了一个良好的实验平台,大大提高了研究工作的效率.     

基于FPGA数字硬件的无刷直流电动机速度控制系统

针对传统无刷直流电动机数字控制器中,电动机控制采用软件方式实现所带来的控制速度慢、可靠性低等问题,提出了一种全数字化的无刷直流电动机速度伺服系统控制器的数字硬件方案,并在一片高端现场可编程门阵列Cyclone Ⅲ FPGA中得到了具体验证和实现。该方案综合运用FPGA丰富的逻辑资源,针对电动机信号检测和控制的特点,采用HDL硬件语言实现了PI调节模块、滤波模块、霍尔测速模块、前馈补偿模块、PWM调制及换相模块等功能,整个控制系统响应速度快、超调小、稳态误差小、可靠性高、灵活性强,实现了全数字控制,在速度伺服或位置伺服等高性能运动控制系统中有重要的应用价值。实验结果表明,该控制器控制周期缩短到40μs,具有良好的动态和静态性能。     

基于独立电力系统实时仿真平台的同步电机仿真模型

通过对旋转电势的线性预报,采用隐式梯形法推导出三相同步电机的解耦模型。通过采用该模型在Hypersim中仿真得到的波形与在EMTP中仿真得到的波形对比,证明了该模型的正确性。该模型简单、稳定,运算速度快,适用于各类型独立电力系统实时仿真平台。     

基于RT-LAB的模块化多电平换流器半实物仿真平台设计

纯数字仿真软件不能真实模拟柔性直流输电系统控保装置响应特性,用其检验控制保护装置的总体功能,优化、验证控制保护参数存在一定误差,因此本文建立了一个基于RT-LAB的模块化多电平换流器半实物仿真平台,采用高速协议转换控制机箱实现数据合并以满足通信接口高速率的要求。针对控制保护装置性能,设计了站控和阀控的测试方案,并利用所搭建平台完成了对实际控保装置的相关动态性能测试和功能测试,验证了MMC半实物仿真平台的有效性以及测试方案的合理性,能达到检验控保装置性能的要求。     

基于微机数字仿真的实时闭环测试系统

对基于微机数字仿真的实时闭环测试系统(DDRTS)进行了介绍。DDRTS集系统仿真和实时测试功能于一体,利用实时数字仿真技术,可对实际装置进行全面、完整、真正闭环的测试。     

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。     

数字锁相环在电机控制系统中的应用

介绍了一种基于数字化锁相环的电机控制系统。针对目前在大部分电机伺服系统中使用传统模拟控制方式的情况,使用大规模可编程逻辑器件进行电机的数字化控制。分析了锁相环的原理和特性,介绍了控制系统的组成和功能。针对该系统中实时控制处理的要求,提出了一种基于复杂可编程逻辑控制器（CPLD）的电机控制方案。使用EPM7128S作为主控制芯片,程序设计使用VHDL语言编写。仿真结果表明该系统具有较好的鲁棒性和精确性,改善了电机的调速性能。     

Digital Phase-Locked Loop for Induction Motor Speed Control

The study of the speed control of induction motor drive using digital phase-locked loop is discussed. The block diagram and the control circuitry have been outlined. A mathematical model has been developed to predict the system performance. Different types of filters have been considered as part of the feedback control system, and their effects on the overall system behavior have been qualitatively studied. The system is tested using a 5-hp induction motor and an integrating type filter. Excellent speed regulation in the order of 0.002 percent has been obtained.