[发明专利]一种功率级多相电机模拟器

权利要求书

1.一种功率级多相电机模拟器，其特征在于，包括：功率级电流源(2)、线电压测量单元(3)、抗混叠低通滤波器(4)和通用处理器(9)；其中通用处理器(9)包括：模拟转子位置单元(5)、DAC单元(6)、ADC单元(7)和电机模型数值解算单元(8)；

以下n均指的是电机的相数；功率级电流源(2)由滤波电感(2-1)、电流源(2-2)及供电电源(2-3)组成；供电电源(2-3)为对称连接的双电源，且与电机控制器(1)无连接；功率级电流源(2)的输入为DAC单元(6)输出的模拟电流i₁^*、i₂^*、i₃^*…i_n^*；功率级电流源(2)内部的各相电路分别含有一个滤波电感(2-1)和一个电流源(2-2)，并与电机控制器(1)的功率逆变桥对应连接，且二者之间流过真实电流i₁、i₂、i₃…i_n；电流源(2-2)由工作在线性区的晶体管或工作在开关模式的电力电子器件实现；

线电压测量单元(3)的输入来自电机控制器(1)功率逆变桥输出的线电压U₁₂、U₁₃…U_1n；对于n相电机，输入线电压测量单元(3)的线电压数量为n-1；线电压测量单元(3)输出与抗混叠低通滤波器(4)的输入相连，抗混叠低通滤波器(4)输出与通用处理器ADC单元(7)输入相连；

抗混叠低通滤波器(4)由电阻、电容和运算放大器电路组成，通过设置其截止频率限制电机控制器(1)输出的PWM电压基波及谐波分量避免电压信号混叠，使电机模拟器带宽高于或等于电机控制器(1)中的数字控制器带宽，电机模拟器的ADC单元(7)采样频率等于或低于电机控制器(1)的PWM频率；

电机模型数值解算单元(8)输入与ADC单元(7)输出相连，将检测到的n相电机的线电压U₁₂、U₁₃…U_1n经电学模型、转矩模型和机械模型计算得到相应的相电流、电磁转矩、转子角度信号；电机模型数值解算单元(8)的输出分别与DAC单元(6)和模拟转子位置单元(5)的输入相连；模拟转子位置单元(5)输出电机控制器(1)所需的虚拟转子位置信号；

其中，电学模型为：

式中k是当前时刻，i_k是当前时刻的相电流输出，i_k-1是前一时刻的相电流输出，u_k是当前时刻电压输入，u_k-1是前一时刻电压输入，R是每相定子电阻，L是每相绕组电感，T是数值积分步长；

转矩模型为：

式中T_e是电磁转矩，e₁、e₂…e_n是反电动势，ω_m是机械角速度，i₁、i₂…i_n是相电流；

机械模型为：

式中θ_k是当前时刻转子角度输出，θ_k-1是前一时刻转子角度输出，t_k是当前转矩输入，t_k-1是前一时刻转矩输入，F是粘性摩擦系数，J是转动惯量。

2.根据权利要求1所述的一种功率级多相电机模拟器，其特征在于，所述电流源(2-2)的一种实现方式是由工作在线性区的运算放大器配合采样电阻和电压反馈电路进行电流闭环控制。

3.根据权利要求1所述的一种功率级多相电机模拟器，其特征在于，所述线电压测量单元(3)的一种实现方式是由差分衰减网络，仪表放大器和偏置电路组成。

4.根据权利要求1所述的一种功率级多相电机模拟器，其特征在于，所述多相电机模拟器与电机控制器(1)进行真实的电功率交互。