[发明专利]基于分布式多时间尺度并行运算的测试设备、方法及装置

说明书

本发明属于设备测试技术领域，具体涉及了一种基于分布式多时间尺度并行运算的测试设备及方法，旨在解决现有技术无法实现超高速电磁驱动系统信息设备的测试的问题。本发明包括：实时计算变流器主电路的等效电路、电网、变压器和开关的CPU运算单元；实时计算定子段和切换开关1/2、3/4的状态方程的FPGA‑1、FPGA‑2分布运算单元；实时计算运动方程和直线电机定子段参数的FPGA‑3分布运算单元；实时计算变流器1/2、3/4的功率模块状态方程的FPGA‑4、FPGA‑5分布运算单元。本发明实现了对高速直线电磁推进系统信息设备的完备测试，测试效果好、速度快、精度和准确度高。

技术领域

本发明属于设备测试技术领域，具体涉及了一种基于分布式多时间尺度并行运算的测试设备及方法。

背景技术

基于分段供电直线电机超高速电磁驱动系统具有功率大和系统精确可控等优点，可应用于工业、交通和国防领域。为了降低系统的开发和调试风险，设备运送到现场之前需对信息设备在各种运行工况下进行全方位的模拟和测试，包括控制策略、保护动作、逻辑、时序、通讯可靠性、硬件设备性能等。对物理设备精确的实时模拟是对超高速电磁驱动系统信息设备测试的关键。

基于分段供电直线电机超高速直线电磁驱动系统由长定子直线电机、分段供电开关、变流器供电电源等子系统构成，系统结构复杂且庞大。不同于旋转电机，分段供电的长定子直线有多个定子段同时工作需实时计算多台电机，且各个直线电机的参数随动子运动发生变化，这种强耦合性对实时计算带来了难度。对于超高速电磁驱动系统，分段供电开关通常采用晶闸管开关，晶闸管为半控型电流源器件，晶闸管的开通条件为门级加触发信号，关断条件为门级无触发信号且主端子间的正向电流小于维持电流，晶闸管的关断过程需由外部电路决定，这种非线性特征为实时建模和计算带来了难度。超高速电磁驱动系统变流器供电电源需提供短时高电压和电流，通常采用功率模块级连和储能结构，大量的非线性元件IGBT和二极管及储能电容为实时计算也带来了较大的难度。一些文献提出了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[1]，可以测试和验证电机控制器及电机在整车工况的工作性能及特点，该方法驱动电机为旋转电机、无分段供电切换开关且变流器拓扑也较简单。另一些文献提出了基于RT-LAB的高速磁浮列车半实物仿真平台[2]，该方法为同步直线电机，但是磁浮列车速度较低且定子长度较长，其定子切换过程相对较为简单。

总的来说，上述两种方法都无法用于基于分段供电直线电机超高速直线电磁驱动系统的信息设备测试，本领域还急需一种测试设备及测试方法，可以实现超高速电磁驱动系统信息设备的测试。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]宋强、李易庭、赵嗣芳等，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，2019-09-26，CN110737207A.

[2]葛琼璇、孙鹏琨、王晓新等，基于RT-LAB的高速磁浮列车半实物仿真平台，2018-12-05，CN 109445308A.,

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法实现超高速电磁驱动系统信息设备的测试的问题，本发明提供了一种基于分布式多时间尺度并行运算的测试设备，该测试设备包括CPU运算单元、FPGA-1分布运算单元、FPGA-2分布运算单元、FPGA-3分布运算单元、FPGA-4分布运算单元和FPGA-5分布运算单元；

所述CPU运算单元，用于实时计算待测试超高速电磁驱动系统信息设备的变流器主电路的等效电路、电网电压和电流、变压器电压和电流以及开关开启和关闭状态；

所述FPGA-1分布运算单元，用于实时计算待测试超高速电磁驱动系统信息设备的定子段1/2和切换开关1/2的状态方程；

所述FPGA-2分布运算单元，用于实时计算待测试超高速电磁驱动系统信息设备的定子段3/4和切换开关3/4的状态方程；