[發(fā)明專利]超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)及仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811624156.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN111381513A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慶杰;毛凱;張艷清;馬遜;郭永勇;鄒東升;陳松;蔡華;季旭;楊光;楊志鴻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天科工飛航技術(shù)研究院（中國(guó)航天海鷹機(jī)電技術(shù)研究院）
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)及仿真方法，該系統(tǒng)包括開發(fā)主機(jī)、實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)、IO擴(kuò)展箱和變流控制器，開發(fā)主機(jī)運(yùn)行仿真管理軟件RT?LAB，開發(fā)主機(jī)用于超高速電磁推進(jìn)控制系統(tǒng)仿真模型的開發(fā)并生成可實(shí)時(shí)執(zhí)行的模型代碼、仿真試驗(yàn)管理以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控記錄，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)用于接收并運(yùn)行開發(fā)主機(jī)加載的可實(shí)時(shí)執(zhí)行的模型代碼，變流控制器分別與實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)以及IO擴(kuò)展箱連接，變流控制器用于發(fā)出控制信號(hào)以及接收實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)和IO擴(kuò)展箱發(fā)出的信號(hào)。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏超高速大功率變流器加直線電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型以及仿真系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)在線調(diào)整時(shí)需中斷模型仿真運(yùn)行的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器、超高速磁懸浮列車電磁推進(jìn)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)及仿真方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今，關(guān)于超高速電磁推進(jìn)控制技術(shù)的研究與開發(fā)在國(guó)內(nèi)外都處于快速發(fā)展之中。超高速電磁推進(jìn)的基本原理是大功率變流器驅(qū)動(dòng)控制大功率超高速直線電機(jī)，直線電機(jī)動(dòng)子推動(dòng)負(fù)載向前運(yùn)動(dòng)。隨著控制理論的發(fā)展以及對(duì)電磁推進(jìn)系統(tǒng)性能要求的不斷提高，電磁推進(jìn)控制單元需要實(shí)現(xiàn)的控制算法的復(fù)雜程度和可靠性日益加大。

超高速電磁推進(jìn)控制技術(shù)在研發(fā)過程中需搭建真實(shí)的直線電機(jī)和變流器等試驗(yàn)平臺(tái)，建設(shè)成本極高，后期受資金、時(shí)間、空間、人力等因素限制難于擴(kuò)展。同時(shí)，試驗(yàn)過程中功率器件的損壞、功率單元拓?fù)涞母牡龋謩?shì)必造成更多成本的投入，最終影響研發(fā)效率。

基于仿真軟件+實(shí)時(shí)仿真機(jī)的半實(shí)物仿真系統(tǒng)作為被控對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，給以超高速電磁推進(jìn)控制技術(shù)等為代表性的控制技術(shù)研發(fā)開辟了新的途徑。半實(shí)物仿真系統(tǒng)一般包括實(shí)際的控制器和虛擬的仿真對(duì)象，兩者通過輸入輸出接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和通信，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器軟硬件性能的全方位測(cè)試。這不僅能夠在軟件仿真中快速有效驗(yàn)證工作原理正確性及準(zhǔn)確性，還可進(jìn)行與物理模型對(duì)接仿真，減少巨大的物理模型的投資，并大幅度降低試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)成本。

現(xiàn)有的半實(shí)物仿真系統(tǒng)具有以下不足：1)由于仿真步長(zhǎng)、半實(shí)物仿真系統(tǒng)架構(gòu)及仿真機(jī)硬件條件的限制，實(shí)時(shí)仿真結(jié)果與真實(shí)樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比會(huì)有較大的偏差，且參數(shù)在線調(diào)整時(shí)需中斷模型仿真的運(yùn)行；2)一般只能夠處理常規(guī)的電力電子半實(shí)物仿真系統(tǒng)仿真模型，對(duì)于超高速大功率變流器加直線電機(jī)這種復(fù)雜多重系統(tǒng)沒有有效的解決方案；3)實(shí)時(shí)仿真機(jī)一般采用Linux操作系統(tǒng)，且需要對(duì)仿真系統(tǒng)具有較為深厚的理論基礎(chǔ)，在一定程度上增加了系統(tǒng)開發(fā)難度和周期，無法準(zhǔn)確快速地驗(yàn)證實(shí)物控制器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)及仿真方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏超高速大功率變流器加直線電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型以及仿真系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)在線調(diào)整時(shí)需中斷模型仿真運(yùn)行的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于RT-LAB的超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)，超高速電磁推進(jìn)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)包括：開發(fā)主機(jī)，開發(fā)主機(jī)運(yùn)行仿真管理軟件RT-LAB，開發(fā)主機(jī)用于超高速電磁推進(jìn)控制系統(tǒng)仿真模型的開發(fā)并生成可實(shí)時(shí)執(zhí)行的模型代碼、仿真試驗(yàn)管理以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控記錄；實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)和IO擴(kuò)展箱，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)分別與開發(fā)主機(jī)和IO擴(kuò)展箱連接，IO擴(kuò)展箱用于對(duì)實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)的輸入輸出端口進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)用于接收并運(yùn)行開發(fā)主機(jī)加載的可實(shí)時(shí)執(zhí)行的模型代碼；變流控制器，變流控制器分別與實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)以及IO擴(kuò)展箱連接，變流控制器用于發(fā)出控制信號(hào)以及接收實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)和IO擴(kuò)展箱發(fā)出的信號(hào)，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)和IO擴(kuò)展箱根據(jù)變流控制器發(fā)出的控制信號(hào)模擬變流器的變流效果。

進(jìn)一步地，超高速電磁推進(jìn)控制系統(tǒng)仿真模型包括變流器功率單元模型、直線電機(jī)模型和數(shù)據(jù)同步模型。

進(jìn)一步地，變流器功率單元模型和直線電機(jī)模型運(yùn)行在實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)上，數(shù)據(jù)同步模型運(yùn)行在實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)上，數(shù)據(jù)同步模型用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)仿真過程的數(shù)據(jù)同步。