[发明专利]一种基于虚拟阻感的半实物快速测试系统

说明书

本发明公开了一种基于虚拟阻感的半实物快速测试系统，用于对真实控制器的性能进行快速测试，通过硬件描述语言Verilog HDL对半实物快速测试系统中的控制方法、H桥逆变器、阻感负载建模，然后集成到一片FPGA芯片中；采用的FPGA芯片为美国Xilinx公司生产，型号为Zynq7020；将FPGA芯片与接口电路组成虚拟阻感印刷电路板，构成基于虚拟阻感的半实物快速测试系统；本发明的有益效果是，FPGA芯片具有高速信号采集和并行计算的优势，可以实现半实物快速测试系统的实时仿真；确定Q格式选取方法，提高了仿真的精度；能够实现半实物快速测试系统的快速开发。

技术领域

本发明涉及对真实控制器的可靠性测试技术领域，特别是一种基于虚拟阻感的半实物快速测试系统。

背景技术

实时仿真技术目前应用于航天航空、军事和汽车工业等领域，与离线仿真技术相比，实时仿真技术可以实现控制中断、延时等功能的仿真，在实时性和逼近现实方面优于离线仿真；目前实时仿真技术分为快速控制原型和硬件在环两大类，快速控制原型技术采用虚拟控制器和真实控制对象，硬件在环技术采用虚拟控制对象和真实控制器。半实物快速测试系统对虚拟阻感和虚拟H桥逆变器进行半实物实时仿真，可以对真实控制器的硬件功能、使用寿命、抗干扰能力和温度等指标进行测试，代替真实控制对象，可以降低财力人力消耗，还可以在真实世界中难以实现的极端条件下对真实控制器的性能进行测试，安全性可靠；另一方面，当需要对真实控制器进行测试时，控制对象可能仍处于研制阶段，基于虚拟阻感的半实物快速测试系统能有效地解决这个问题，对真实控制器进行快速测试，效率较高；

阻感负载模型及H桥逆变器模型对采样率和仿真周期的要求很高；例如，H桥逆变器的开关频率可达数十千赫兹，开关周期在微秒量级，半实物快速测试系统要能稳定工作并提供足够准确的仿真，仿真周期应小于开关周期的1/10，这属于亚微秒级的实时仿真；dSPACE、RTDS和Hypersim属于基于处理器的大型专用实时仿真系统，它们不仅价格昂贵，而且处理器采用顺序执行结构，仿真步长通常为几十个微秒，所以这些系统在要求高实时性的场合并不适用；而FPGA是一种硬件电路，以硬件方式实现数字信号处理，并行运算方式使得速度更快，实时性更高；

另外，FPGA编程可使用定点数与浮点数，两者的优缺点互补；浮点数精度高，表示范围大，但占用硬件资源多，速度也较慢；定点数则不然，占用硬件资源少，速度快，能满足实时性需求，但是表示范围与精度不如浮点数；使用定点数更常见，所以FPGA模型全部为定点数，但要解决精度、表示范围的问题，就涉及到定标；在基于虚拟阻感的半实物快速测试系统中，利用Q格式下的电流电压以及定义的两个系数对阻感负载建模，精度较高，但不会影响计算速度，能够对真实控制器进行快速测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟阻感的半实物快速测试系统，能够实现对真实控制器的硬件功能、寿命、抗震动性能和温度条件等指标进行测试，具有效率高、精度高、测试速度快、安全、成本低、节能的特点。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

确定Q格式选取方法，通过硬件描述语言Verilog HDL对半实物快速测试系统中的控制方法、H桥逆变器和阻感负载建模，然后集成到一片FPGA芯片中，FPGA芯片与接口电路组成虚拟阻感印刷电路板，构成基于虚拟阻感的半实物快速测试系统。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于虚拟阻感的半实物快速测试系统，用于对真实控制器的性能进行快速测试，通过硬件描述语言Verilog HDL对半实物快速测试系统中的控制方法、H桥逆变器、阻感负载建模，然后集成到一片FPGA芯片中；采用的FPGA芯片为美国Xilinx公司生产，型号为Zynq7020；将FPGA芯片与接口电路组成虚拟阻感印刷电路板，构成基于虚拟阻感的半实物快速测试系统；具体实现步骤为：

步骤(1)确定Q格式选取方法，提高求解精度。