[發(fā)明專利]一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103472734A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王堅;許為;徐立恩;張宇;譚娟;應(yīng)婷
• 申請（專利權(quán)）人: 南車株洲電力機車研究所有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域　

本發(fā)明涉及電力電子系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)?！?

背景技術(shù)　

在電力電子系統(tǒng)的分析和設(shè)計中，計算機仿真技術(shù)由于其良好的可重復(fù)性和安全性得到了廣泛的應(yīng)用。半實物仿真是指在仿真系統(tǒng)中接入部分實物，　是所有仿真中置信度最高的一種仿真方法。其中，在半實物仿真系統(tǒng)中采用實物控制器控制虛擬的被控對象，能夠用于控制器設(shè)計與測試，將該技術(shù)應(yīng)用在電力電子系統(tǒng)設(shè)計過程不但有利于設(shè)計綜合性能較優(yōu)的控制器，而且可以有效的減少費時費力的實驗研究，從而節(jié)約開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期?！?

城軌牽引系統(tǒng)作為電力電子系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用，也需要半實物仿真系統(tǒng)以實現(xiàn)對控制器的設(shè)計和測試。如圖1所示，現(xiàn)有的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)包括CPU板、I／O板和實物控制器。其中，CPU板用來模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學(xué)模型。并且CPU板通過I／O板讀入實物控制器的控制信號，根據(jù)主電路的數(shù)學(xué)模型解算出輸出信號，通過I／O板將輸出信號發(fā)送至實物控制器，從而能夠根據(jù)反饋給實物控制器的輸出信號實現(xiàn)對整個仿真系統(tǒng)的測試。在這種仿真系統(tǒng)中，CPU板采用的是X86或者POWER　PC架構(gòu)的串行處理器板，而這種串行處理器板的處理速度比較低，因此在根據(jù)數(shù)學(xué)模型解算輸出信號時，解算步長比較長，在現(xiàn)有技術(shù)中一般最快也只能為25微秒，導(dǎo)致了計算的延時比較長，從而降低了整個系統(tǒng)的仿真精度。　?

發(fā)明內(nèi)容　

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)，提高整個仿真系統(tǒng)的仿真精度，從而能夠更準(zhǔn)確的驗證實物控制器。?

為此，本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是：　?

本發(fā)明提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)，所述半實物仿真系統(tǒng)包括：處理器模塊、輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊、以及實物控制器；　?

所述處理器模塊用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學(xué)模型；　?

其中，所述處理器模塊至少用于通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學(xué)模型，以及至少用于通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學(xué)模型；　?

所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊與所述處理器模塊通過總線連接，所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊還與所述實物控制器通過電信號連接?！?

優(yōu)選地，所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉(zhuǎn)換成通訊信號后，通過總線輸出至所述處理器模塊，以及用于將處理器模塊通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉(zhuǎn)換成電信號后，發(fā)送至所述實物控制器；　?

所述處理器模塊用于接收所述實物控制器通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送的控制信號，并根據(jù)所述處理器模塊模擬的數(shù)學(xué)模型解算出輸出信號，將解算出的輸出信號通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊輸出至實物控制器。　?

優(yōu)選地，所述處理器模塊為一個處理器，該處理器具有串行和并行兩種數(shù)據(jù)處理方式?！?

優(yōu)選地，所述處理器模塊包括串行處理器和并行處理器；　?

其中，所述并行處理器至少用于模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學(xué)模型，所述串行處理器至少用于模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學(xué)模型。　?

優(yōu)選地，所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊與所述串行處理器和所述并行處理器通過總線連接；　?

所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉(zhuǎn)換成通訊信號后，通過總線輸出至所述串行處理器和所述并行處理器，以及用于將所述串行處理器和所述并行處理器通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉(zhuǎn)換成電信號后發(fā)送至所述實物控制器；　?

所述串行處理器用于接收并行處理器輸出至串行處理器的輸出信號和／或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送至串行處理器的控制信號，并根據(jù)所述串行處理器模擬的數(shù)學(xué)模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述并行處理器和／或通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送至所述實物控制器；　?

所述并行處理器用于接收串行處理器輸出至并行處理器的輸出信號和／或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送至并行處理器的控制信號，并根據(jù)所述并行處理器模擬的數(shù)學(xué)模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述串行處理器和／或通過所述輸入輸出轉(zhuǎn)換模塊發(fā)送至所述實物控制器。　?

優(yōu)選地，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱和線路電抗器的數(shù)學(xué)模型；　?