[发明专利]一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置及控制方法

权利要求书

1.一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置，其特征在于：包括电机驱动器、电机侧控制器、三相电感滤波器、采样单元、模拟侧控制器及功率模块；

所述模拟侧控制器由三个处理器组成，分别为处理器负责模拟目标电机模型解算的第一处理器，负责计算参考电压的第二处理器及作为控制单元生成开关信号的第三处理器；

所述模拟目标电机模型解算单元包括角度信息计算模块和电流实时解算模块；

所述电机驱动器的直流端口与直流电源相连接，其三相输出端口与三相电感滤波器的一端相连接；

所述功率模块的直流端口与双向直流电源相连接，其三相输入端口与三相电感滤波器的另一端相连接；

所述采样单元包括电压采样模块与电流采样模块，二者分别与所述电机驱动器的输出端线相连接；

所述角度信息计算模块的输入端与所述电流采样模块相连接，其输出端分别与电流实时解算模块及参考电压计算单元相连接；

所述电流实时解算模块的第一输入端与所述角度信息计算模块相连，第二输入端与所述电压采样模块相连接，所述电流实时解算模块的输出端连接所述参考电压计算单元；

所述参考电压计算单元的第一输入端与所述角度信息计算模块相连，第二输入端连接所述电流采样模块，第三输入端连接所述电压采样模块，第四输入端连接所述电流实时解算模块，所述参考电压计算模块的输出端与所述控制单元相连；

所述功率模块的输入端连接所述参考电压计算单元，其输出端与所述三相逆变器相连接。

2.一种永磁三相交流电机及其负载的模拟装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1、输入模拟目标电机及滤波器参数：在模拟侧控制器中输入目标电机类型、模拟目标电机参数、负载转矩模型及滤波电路参数；

步骤S2、模拟系统采样：利用电压传感器采集电机驱动器的三相输入端口线电压u_ab、u_bc和u_ca，利用电流传感器采集电机模拟器的主电路三相电流i_a、i_b和i_c；

步骤S3、计算模拟目标电机三相反电动势：将电机模拟器的主电路三相电流i_a、i_b和i_c输入至模拟侧控制器，在模拟目标电机模型解算单元角度信息计算模块中，将i_a、i_b和i_c输入转矩计算模块，将计算出的转矩Te输入至运动方程，再根据模拟目标电机参数和负载转矩计算出模拟目标电机机械角速度ω和电角度，再由ω计算得出模拟目标电机的三相反电动势e_x；

步骤S4、实时解算模拟目标电机电流：将电机驱动器的三相输出端口线电压u_ab、u_bc和u_ca输入至模拟侧控制器，将三相反电动势e_a、e_b和e_c输入模拟目标电机模型解算单元电流实时解算模块中，根据电机电压方程由端口线电压u_ab、u_bc和u_ca以及反电动势e_x获取模拟目标电机的电流i_xref；

步骤S5、计算模拟目标电机电流变化率：将电机驱动器的三相输出端口线电压u_ab、u_bc和u_ca以及电机模拟器的主电路电流i_x输入至模拟侧控制器，将三相反电动势e_x输入模拟侧控制器参考电压计算单元中，根据模拟目标电机电压方程由端口线电压u_ab、u_bc和u_ca、主电路电流i_x以及反电动势e_x获取模拟目标电机的电流变化率di_x/dt；

步骤S6、计算理想状态模拟器输出相电压，在模拟侧控制器中，根据目标电机类型、模拟目标电机参数、滤波电路参数、电机驱动器的三相输出端口线电压u_ab、u_bc、u_ca、电机模拟器的主电路电流i_x，比较模拟目标电机电压方程和电机模拟器主电路电压方程，基于电流变化率di_x/dt相同，计算电机模拟器的三相参考电压u_x^*；

步骤S7、计算模拟器输出相电压补偿项，考虑控制误差，根据模拟目标电机三相电流i_xref与主电路电流i_x差值，对前述步骤中计算所得电压进行补偿，计算电压补偿项u_xcomp，进而得到电机模拟器三相相电压u_uN、u_vN、u_wN；

步骤S8、生成开关信号：将三相相电压u_uN、u_vN和u_wN输入到控制单元产生开关信号，再将开关信号输入至功率模块，使电机模拟器的端口电压电流特性与模拟目标电机的端口电压电流特性一致；

步骤S9、所述电机模拟器位置信息反馈到电机侧控制器：在模拟侧控制器中，通过位置传感器模拟模块，将获取的模拟目标电机的电角度信息转换为位置传感器模拟信号，并将位置传感器模拟信号输出至电机驱动器，以实现电机驱动器对模拟目标电机的实时控制。