[發明專利]一種高速電機模擬器控制系統和高速電機模擬器

有效

• 申請號: 202110426152.8
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113193801B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 蔣棟;謝元浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P6/34
• 分類號: H02P6/34;H02P21/14;H02P21/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開一種高速電機模擬器控制系統和高速電機模擬器，屬于電力電子領域。該高速電機模擬器通過硬件的特殊設計和軟件的延時補償算法設計解決信號傳輸時延問題，實現高速電機的精確模擬。包括：補償控制模塊接收測量的三相電流和電壓平均值，生成dq坐標下的補償電壓和補償電流；電機模型計算模塊使用補償電壓和電流實時計算電機模型，生成參考電流、所模擬電機的轉速和轉子位置；電流控制模塊根據參考電流和補償電流執行電流控制算法，生成PWM占空比；虛擬編碼器模擬光電編碼器，對所模擬電機的轉子位置和轉速進行編碼；同步信號發生模塊產生PWM載波同步脈沖信號；PWM模塊接收同步信號和PWM占空比，調制生成驅動脈沖。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，更具體地，涉及一種高速電機模擬器控制系統和高速電機模擬器。

背景技術

應用于交通系統中的電機通常需要運行在較高的轉速下，這對于電機本身及其驅動系統都提出了更高的要求。另一方面，在電氣化交通領域中，為了保證交通工具的可靠運行，電機驅動系統的動態和穩態性能都至關重要。在對電機驅動系統進行開發的過程中，通常需要一套真實的電機對拖平臺來對其性能進行測試和驗證。但是這樣的對拖平臺非常笨重，需要較大的安裝空間；且對拖平臺一旦搭建好，其參數就不能再改變，新設備的測試需要重新設計電機；除此之外，用于電氣化交通系統中的電機通常具有功率大、功率密度大、轉速高的特點，制造比較困難。這都極大地增加了電機驅動裝置的開發成本和開發周期。

為了更便捷的對電機驅動系統進行測試，有學者提出了“功率級硬件在環仿真”的概念，利用實時仿真器對對象的物理模型進行實時計算，用功率放大器與待測裝置相連，實時模擬出對象的端口特性，以實現對待測裝置的性能測試，當被模擬的對象為電機時，也被稱作電機模擬器。利用電力電子變換器構成電機模擬器來測試待測變換器的方法逐漸得到廣泛應用。

在實際利用電機模擬器測試電機驅動系統時，兩者獨立進行控制，因此模擬器控制器和驅動控制器之間需要有信號的交換，這樣的信號交換存在延時，會影響對電機模型模擬的精確性，進而不能正確的反映待測電機驅動系統的性能。尤其當模擬的對象為高速電機時，轉速越高，影響越明顯，同樣的延時會造成更大的電角度誤差，嚴重影響系統性能，因此需要對其進行補償以保證模擬的精確性。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種高速電機模擬器控制系統和高速電機模擬器，其目的在于硬件上保證上述的兩個信號的延時時間是已知的且保持不變的，控制層面加入相角延時的補償，保證模擬的精確性。

為實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種高速電機模擬器控制系統，所述高速電機模擬器控制系統包括：補償控制模塊、電機模型計算模塊、電流控制模塊、虛擬編碼器、同步信號發生模塊和PWM模塊；

所述補償控制模塊，用于對所測量的待測電機驅動變流器輸出三相電流和開關周期內三相電壓平均值進行補償，生成dq坐標系下的補償電壓和補償電流傳遞給電機模型計算模塊，補償電流傳遞給電流控制模塊；

所述電機模型計算模塊，用于使用補償電壓和補償電流實時計算電機模型，生成參考電流傳遞給電流控制模塊，生成所模擬電機的轉速和轉子位置傳遞給虛擬編碼器；

所述電流控制模塊，用于根據參考電流和補償電流執行電流控制算法，生成PWM占空比，傳遞給PWM模塊；

所述虛擬編碼器，用于模擬光電編碼器，對所模擬電機的轉子位置和轉速進行編碼，輸出正交編碼信號給電機驅動控制器；

所述同步信號發生模塊，用于產生PWM載波同步脈沖信號，將PWM載波同步脈沖信號同時輸出到電機驅動控制器和PWM模塊，以保證電機驅動控制器和電機模擬器控制系統的PWM載波相位同步；

所述PWM模塊，用于根據同步信號和PWM占空比，調制生成驅動脈沖并傳遞給電機模擬變流器。