电力驱动系统逆变器实时仿真

摘要：介绍了采用实际控制器输出的开关逻辑信号定义正负半桥开关函数" 建立逆变器的实时模型，该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器开关死区时间还给出了实时仿真环境的逆变器，异步电机实时仿真系统的实现方法针对开关频率的逆变器。

关键词：逆变器开关函数实时仿真

在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进行测试，实现起来比较困难! 而且费用较高" 因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器" 交流电机实时仿真器!与实际控制器硬件相连。

在闭环条件下对实际控制器进行实时测试，由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件的介入，因此被称为硬件在回路仿真，尽管在真实系统上进行试验是必不可少的。但是由于采用实机难以进行极限与失效测试! 而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件。

测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型的虚拟试验台， 在电 逆变器电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少"由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理。因此引入了离散事件系统离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流电机实时仿真器成为变因果和变结构系统变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置$ 变结构是指在仿真进程中。离散开关事件引发状态转换， 因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化，是控制工程仿真的工业标准，本质上是一种赋值运算。

由其方框图描述的系统是因果的" 为了能应用， 建模工具! 应该使变流器" 电机实时仿真系统解耦为两个独立子系统! 以消除变因果变结构问题作为功能性建模方法之一的开关函数! 可用于确定变流器开关器件电压与电流波形计算! 以便进行系统优化设计" 它在变流器的离线仿真中已得到成功的应用。

本文应用文的开关函数描述法，采用实际控制器输出的:DE 开关逻辑信号定义正负半桥开关函数!建立逆变器的模型"，该模
型既可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦!又可以确定逆变器设置的开关死区时间! 防止同一桥臂开关管直通" 文中还将给出基于’2:F9G 实时环境的逆变器"异步电机开环控制系统实时仿真的实现方法和结果。

1、逆变器 模型

双电平三相电压源型逆变器由H 个开关管和H 个与开关管反向并接的续流二极管组成!见图!" 采用实际控制器输出的 开关逻辑信号

2、实时仿真系统实现

在功能强大的实时代码实现软件EBT 与界面友好的试验软件支持下，可以很快地实现电力驱动系统快速控制原型或硬件在回路仿真测试" 图: 是采用上述的逆变器模型与系统T 2 W 硬件模型组建的逆变器G 交流电机系统框图，图中下部是逆变器G异步电机系统模型作为实时任务B1$ 模型具有与实际控制器的硬件接口 可输入; 路实际的 开关信号$输出电流%电压等模拟信号。

上部是 控制器模型作为实时任务 模型由控制器硬件产生实时信号B1 与B. 以异步采样模式工作构成两定时器任务系统为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响设置B1 的采样速率远高于4. 的采样速率 实时仿真结果系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的。

图中还显示出逆变器的输出电压空间矢量的矢端轨迹为正六边形并内含从零电压矢量至六边形顶点的连线& 而电机的转子磁链空间矢量的矢端轨迹为圆形’ 实时仿真系统经长时间连续运行，没有出现数值不稳定问题’作为比较，对相同系统参数的逆变器交流电机系统进行步长为100ns的离线仿真aimulink并采用与实时仿真相同的模型T无硬件接口U和数值积分方法’结果是更小的步长并没有对仿真精度有明显的改进，这表明步长的实时仿真已经具有较高的仿真精度。

本文提出的逆变器模型已分别在交流磁同步电机， 无刷直流电机和异步电机驱动系统的硬件在回路仿真测试中得到成功应用。