[發明專利]一種有效提高電機硬件在環實時仿真速度和精度的方法

有效

• 申請號: 201310453122.1
• 申請日: 2013-09-28
• 公開（公告）號: CN103699013B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 許家群;張波
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及電機硬件在環實時仿真技術，提出一種有效提高硬件在環實時仿真速度和精度的方法。?

背景技術

硬件在環實時仿真技術充分利用了硬件系統的特性對實際系統進行模擬仿真，比離線數字仿真更加接近真實系統效果，而且有助于技術的研發，有效降低新技術開發成本。目前該技術正在快速發展，也在航空航天，軍事國防和汽車電力等領域得到應用。?

（1）硬件在環仿真技術對處理器速度要求很高。由于這一特點，多處理器分布式并行解決方案得到應用和推廣。目前在實時仿真領域做的比較出色的有dSPACE、RT-LAB等，其仿真步長通常為幾十微秒，所以在很高實時性場所就難以滿足要求。?

（2）就當前硬件技術發展水平而言，電機硬件在環實時仿真技術，其模型解算速度仍然處在幾微秒到幾十微秒的級別。這就意味著電機實時仿真技術至少存在幾微秒到幾十微秒時間延時，對于信號級別的硬件在環實時仿真技術而言，這種延時不會有很大的影響；但是對于功率級別的硬件在環實時仿真技術而言，模型解算延時，再加上硬件本身存在的響應延時，這種延時很可能造成功率部分模擬失真或者無法模擬仿真。?

（3）模型仿真精度和運算速度也一直是制約實時仿真技術發展的關鍵因素。對于電機實時模型而言，提高模型精度，往往造成運算速度的降低，導致仿真的實時性變差。如果將精度降低，實時仿真技術和實際系統相比將會有很大誤差或者嚴重失真，仿真失去了本來的意義。?

（4）電機模型解算結果（電流，位置，轉速，轉矩等）的處理，?目前采用的方法是，認為在一個電機模型解算周期內保持上一周期解算結果不變，即第n個電機模型解算周期運算結果保持不變直到第n+1個周期模型解算結果出來。這種處理方法，對于突加負載轉矩等情況模擬會產生較大誤差，動態響應至少存在一個模型解算周期的延時。?

發明內容

本發明的目的在于提出一種提高硬件在環實時仿真精度和仿真速度方法，改善電機硬件在環仿真的速度和精度，尤其是階躍輸入（如突加負載）條件下提高硬件在環仿真動態響應仿真精度。?

本方法結合插值思想，根據實時采樣電壓信號合理預估插值節點處解算結果變量（電流、位置、轉速、轉矩）的值，并作必要的補償。?

根據當前電機模型解算結果（電流、位置、轉速、轉矩），以及當前該結果變量變化率，采用線性運算預估下一周期模型解算完畢該結果變量（電流、位置、轉速、轉矩）的大小。然后在下一電機模型解算周期中等時間間隔的插入m個節點，計算出每個插值點該變量的平均增量，根據實時相電壓在每個插值點處的符號，決定在每個插值點處的增量方向，計算出插值點處變量的大小。考慮到電機硬件在環實時仿真系統只是對實際電機系統的模擬，其本身并不具有真實電機系統的各種屬性，故針對這種差異性，仿真過程還需要添加一些必要的補償。在插值節點處，根據當前相電壓的采樣情況實時添加補償，使模擬仿真效果更加接近真實系統。?

本發明所采用的具體技術方案如下：?

一種有效提高電機硬件在環實時仿真速度和精度的方法，其基于的硬件部分包括：輸入單元1，高速數據處理單元2，輸出單元3；輸入單元1獲取電機模型解算數據和模擬系統采集實時數據，并將數據及時送給高速數據處理單元2；高速數據處理單元2對輸入單元1?送過來的數據進行處理，并將處理結果實時的傳遞給輸出單元3，輸出單元3輸出信號直接控制模擬功率負載和作為電機控制器的反饋信號。?

高速處理器2需要的輸入數據包括電機模型解算數據和實時相電壓、相電流數據；其中，電機模型解算數據包括電機相電流、電機轉速、電機轉子位置、電機轉矩。?

對數據處理包括對電機相電流、電機轉速、電機轉子位置、電機轉矩數據進行線性預估、插值、補償。?

所述數據線性預估構建方法如下：首先計算出當前解算完畢周期物理量的增量斜率，然后依據此增量斜率線性預估下一個模型解算周期該變量增量極值；?