[发明专利]一种高速电机模拟器控制系统和高速电机模拟器

说明书

本发明公开一种高速电机模拟器控制系统和高速电机模拟器，属于电力电子领域。该高速电机模拟器通过硬件的特殊设计和软件的延时补偿算法设计解决信号传输时延问题，实现高速电机的精确模拟。包括：补偿控制模块接收测量的三相电流和电压平均值，生成dq坐标下的补偿电压和补偿电流；电机模型计算模块使用补偿电压和电流实时计算电机模型，生成参考电流、所模拟电机的转速和转子位置；电流控制模块根据参考电流和补偿电流执行电流控制算法，生成PWM占空比；虚拟编码器模拟光电编码器，对所模拟电机的转子位置和转速进行编码；同步信号发生模块产生PWM载波同步脉冲信号；PWM模块接收同步信号和PWM占空比，调制生成驱动脉冲。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种高速电机模拟器控制系统和高速电机模拟器。

背景技术

应用于交通系统中的电机通常需要运行在较高的转速下，这对于电机本身及其驱动系统都提出了更高的要求。另一方面，在电气化交通领域中，为了保证交通工具的可靠运行，电机驱动系统的动态和稳态性能都至关重要。在对电机驱动系统进行开发的过程中，通常需要一套真实的电机对拖平台来对其性能进行测试和验证。但是这样的对拖平台非常笨重，需要较大的安装空间；且对拖平台一旦搭建好，其参数就不能再改变，新设备的测试需要重新设计电机；除此之外，用于电气化交通系统中的电机通常具有功率大、功率密度大、转速高的特点，制造比较困难。这都极大地增加了电机驱动装置的开发成本和开发周期。

为了更便捷的对电机驱动系统进行测试，有学者提出了“功率级硬件在环仿真”的概念，利用实时仿真器对对象的物理模型进行实时计算，用功率放大器与待测装置相连，实时模拟出对象的端口特性，以实现对待测装置的性能测试，当被模拟的对象为电机时，也被称作电机模拟器。利用电力电子变换器构成电机模拟器来测试待测变换器的方法逐渐得到广泛应用。

在实际利用电机模拟器测试电机驱动系统时，两者独立进行控制，因此模拟器控制器和驱动控制器之间需要有信号的交换，这样的信号交换存在延时，会影响对电机模型模拟的精确性，进而不能正确的反映待测电机驱动系统的性能。尤其当模拟的对象为高速电机时，转速越高，影响越明显，同样的延时会造成更大的电角度误差，严重影响系统性能，因此需要对其进行补偿以保证模拟的精确性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种高速电机模拟器控制系统和高速电机模拟器，其目的在于硬件上保证上述的两个信号的延时时间是已知的且保持不变的，控制层面加入相角延时的补偿，保证模拟的精确性。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高速电机模拟器控制系统，所述高速电机模拟器控制系统包括：补偿控制模块、电机模型计算模块、电流控制模块、虚拟编码器、同步信号发生模块和PWM模块；

所述补偿控制模块，用于对所测量的待测电机驱动变流器输出三相电流和开关周期内三相电压平均值进行补偿，生成dq坐标系下的补偿电压和补偿电流传递给电机模型计算模块，补偿电流传递给电流控制模块；

所述电机模型计算模块，用于使用补偿电压和补偿电流实时计算电机模型，生成参考电流传递给电流控制模块，生成所模拟电机的转速和转子位置传递给虚拟编码器；

所述电流控制模块，用于根据参考电流和补偿电流执行电流控制算法，生成PWM占空比，传递给PWM模块；

所述虚拟编码器，用于模拟光电编码器，对所模拟电机的转子位置和转速进行编码，输出正交编码信号给电机驱动控制器；

所述同步信号发生模块，用于产生PWM载波同步脉冲信号，将PWM载波同步脉冲信号同时输出到电机驱动控制器和PWM模块，以保证电机驱动控制器和电机模拟器控制系统的PWM载波相位同步；

所述PWM模块，用于根据同步信号和PWM占空比，调制生成驱动脉冲并传递给电机模拟变流器。