[发明专利]功率硬件在环系统的建模方法及参数设计方法

摘要

本发明公开了一种功率硬件在环系统的建模及参数设计方法，根据系统架构将功率硬件在环系统分成数字侧与物理侧两部分，并对两侧系统分模块建模，其中数字侧包含数字侧阻抗和数字仿真时序特征模块，物理侧由物理侧导纳模型、功率放大器模型以及低通滤波器模型组成；将两者离散模型合并构建系统离散开环传递函数，在开环传递函数中加入裕度检测器，通过D分割法求解得出一定幅值、相角裕度下功率硬件在环系统的参数约束条件，为功率硬件在环系统的参数设计提供了有效途径。本发明模型分析准确，能够反映硬件在环系统的数模混合网络特性。

主权项

1.一种功率硬件在环系统的建模及参数设计方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、根据功率硬件在环系统的工作特性，确定PHIL系统架构，从数模转换接口位置将PHIL系统分成两侧，分别是数字侧和物理侧，数字侧是指运行在数字仿真机中的数学模型，数字侧离散模型GDSS(z)包含了数字侧阻抗Zs(z)和数字仿真时序特征模块G2(z)；数字侧阻抗在s域的表达式如式(1)所示：式(1)中，Zs(s)为数字侧阻抗在s域的表达式，α和β分别表示数字侧阻抗分子和分母的阶次，f和g分别为数字侧阻抗分子母的最高阶次，s为复频域变量，即拉普拉斯算子，sα和sβ分别表示分子分母中相应阶次的微分方程，aα和bβ一一对应为sα和sβ的系数,α＝0,1,2,…,f‑1,f，β＝0,1,2,…,g‑1,g；根据双线性变换，对式(1)中的s进行替换，令获得由式(2)表征的数字侧阻抗Z_s(z)：式(2)中，z为离散域中的复变量，也即z变换算子；数字仿真时序特征模块G2(z)等效为式(3)：G2(z)＝Z{e‑nT}＝z‑n      (3)，其中e是自然对数的底数，T为仿真步长；e‑nT为仿真机非串行时序导致的系统延时，n表示系统延时是仿真步长的n倍，n为整数，且0≤n≤3，Z{e‑nT}表示对系统延时e‑nT进行z变换；联立式(2)和式(3)获得由式(4)所表征的数字侧离散模型GDSS(z)：步骤2、建立物理侧离散模型物理侧是指被测试的物理装置或系统，根据信号传输特性，数字侧输出电压为数字信号，需经过功率放大器后传递给物理侧，通过物理侧被试装置之后采集物理侧电流，再经过低通滤波器滤除高频干扰反馈给数字侧，形成闭合环路；s域的物理侧模型GHUT(s)由物理侧导纳模型Yl(s)、功率放大器模型G1(s)以及低通滤波器模型GLPF(s)组成，针对s域的物理侧模型GHUT(s)进行z变换得到物理侧离散模型GHUT(z)；所述物理侧导纳模型Y_l(s)由式(5)所表征，是由h个一阶单元网络所组成：式(5)中，γ表示物理侧导纳各一阶单位网络的类别，γ＝1,2,3,…h‑1,h；h为物理侧导纳的最高阶次；cγ和dγ均为一阶单元网络的系数；所述功率放大器模型G1(s)由式(6)所表征：式(6)中，K为功率放大器增益；所述低通滤波器模型GLPF(s)由式(7)所表征：式(7)中，τ为低通滤波器的时间常数；联立式(5)、式(6)和式(7)，获得由式(8)所表征的s域中的物理侧模型GHUT(s)：GHUT(s)＝G1(s)·GLPF(s)·Yl(s)           (8)，对式(8)进行z变换，得到由式(9)所表征的物理侧离散模型GHUT(z)：其中，表式对进行z变换；步骤3、根据数字侧离散模型GDSS(z)和物理侧离散模型GHUT(z)，获得由式(10)所表征的PHIL系统的离散开环传递函数Gdis(z)：步骤4、在所述离散开环传递函数Gdis(z)中加入裕度检测器Ae‑jθ，针对设定的裕度，通过离散D分割法求解满足相角裕度为θ、幅值裕度为A的PHIL系统稳定的参数约束条件。