[发明专利]一种基于功率级虚拟电机的硬件在环仿真测试系统及方法

权利要求书

1.一种基于功率级虚拟电机的硬件在环仿真测试系统，包括隔离型AC/DC整流模块(1)，隔离型DC/DC模块(2)，功率级虚拟电机(3)，被测电机控制器(4)和上位机(5)，其特征在于，所述的功率级虚拟电机包括端口电流模拟模块(31)和旋变/温度信号模拟模块(32)，虚拟电机实时控制系统(33)；交流电接入系统后，经隔离型AC/DC整流模块(1)整流后转换为稳定的一级直流电源，为隔离型DC/DC模块(2)和功率级虚拟电机(3)供电，经隔离型DC/DC模块(2)转换后的二级直流电源为被测电机控制器(4)供电，所述的上位机(5)根据车速和目标工况为被测电机控制器(4)提供转矩指令，然后被测电机控制器(4)驱动功率级虚拟电机(3)，功率级虚拟电机(3)将和实际电机一样通过端口电流模拟模块(31)在功率端口模拟出定子工作电流，通过旋变/温度信号模拟模块(32)在旋变/绕组温度端口模拟出旋变和温度信号，同时将运行参数反馈给上位机(5)，上位机(5)计算出下一时刻的车速和电机负载信息；同时，上位机(5)根据动力电池模型和整车耗电情况不断调整二级直流电源的电压指令，并发送给隔离型DC/DC模块(2)；所述的端口电流模拟模块的硬件拓扑为多桥臂交错并联结构，其每一相由N组半桥串联电感后再并联组成，工作时每组半桥的PWM相位相差2π/n个弧度；当其中一组逆变桥发生故障后，剩余的n-1组逆变桥将继续工作，PWM相位差随即调整为2π/(n-1)，虚拟电机的总容量降为原来的(n-1)/n。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率级虚拟电机的硬件在环仿真测试系统，其特征在于，所述的上位机(5)包括整车动力学模型、工况和驾驶员模型、动力电池模型、人机交互界面模块和数据记录模块，所述的动力电池模型为隔离型DC/DC模块(2)提供电压指令，模拟行车过程中电池电压的变化，整车动力学模型为功率级虚拟电机(3)提供负载转矩或转速约束参数，工况和驾驶员模型为被测电机控制器(4)提供转矩指令。

3.根据权利要求1所述的一种基于功率级虚拟电机的硬件在环仿真测试系统，其特征在于，所述的虚拟电机实时控制系统主要有电机模型算法和电流控制算法两部分功能。

4.一种基于功率级虚拟电机的硬件在环仿真测试方法，包括以下步骤：

A、交流电接入系统后，经隔离型AC/DC整流模块(1)整流后转换为稳定的一级直流电源，为隔离型DC/DC模块(2)和功率级虚拟电机(3)供电，经隔离型DC/DC模块(2)转换后的二级直流电源为被测电机控制器(4)供电；

B、上位机(5)运行动力电池模型、整车动力学模型、工况和驾驶员模型，并提供人机界面和数据记录功能，动力电池模型为隔离型DC/DC模块(2)提供电压指令，模拟行车过程中电池电压的变化，整车动力学模型为功率级虚拟电机(3)提供负载转矩或转速约束参数，工况和驾驶员模型为被测电机控制器(4)提供转矩指令；

C、上位机的驾驶员模型根据此刻的车速和目标工况为被测电机控制器(4)提供转矩指令，然后被测电机控制器(4)驱动功率级虚拟电机(3)，功率级虚拟电机(3)将和实际电机一样在功率端口模拟出定子工作电流，在旋变/绕组温度端口模拟出旋变和温度信号，同时将运行参数反馈给上位机(5)；

D、上位机(5)的整车动力学模型计算出下一时刻的车速和电机负载信息分别给驾驶员模型和虚拟电机，动力电池模型计算出下一时刻的电压指令发送给隔离型DC/DC模块(2)，依此循环执行；

所述的步骤C具体包括：

C1、上位机为功率级虚拟电机配置模型参数/故障参数、环境温度/风速参数、冷却液温度/流量参数、负载转矩/转速约束参数；

C2、虚拟电机通过电压传感器检测电机的端口电压，然后将电压值传给虚拟电机实时控制系统，虚拟电机实时控制系统的电机模型算法根据端口电压和电机模型计算出下一时刻电机端口电流的目标值、转子位置/转速、绕组温度、输出转矩；

C3、电流控制算法根据电机模型计算出的端口电流和虚拟电机实际输出的端口电流之间的误差调整各桥臂PWM，使端口电流模拟模块输出的电流准确跟随模型计算出的端口电流，并实时监测每相下各桥臂间环流，微调PWM使各桥臂电流均等；同时旋变/温度信号模拟模块根据电机模型计算得出的转子位置/转速和绕组温度信息，在旋变端口和温度传感器端口模拟出相应的信号；

所述的端口电流模拟模块的硬件拓扑为多桥臂交错并联结构，其每一相由N组半桥串联电感后再并联组成，工作时每组半桥的PWM相位相差2π/n个弧度；当其中一组逆变桥发生故障后，剩余的n-1组逆变桥将继续工作，PWM相位差随即调整为2π/(n-1)，虚拟电机的总容量降为原来的(n-1)/n。