[发明专利]一种功率级多相电机模拟器

摘要

一种功率级多相电机模拟器，属于硬件在环仿真技术领域。其中功率级电流源与真实电机控制器的功率逆变桥对应连接，实现真实的电功率交互，且真实电机和电机控制器之间的功率及信号线连接方式与之相同，利用抗混叠低通滤波器有效的控制ADC单元的采样频率，可降低电机模拟器对处理器性能的要求，可通过改变电机模拟器数学模型及参数，实现不同相数、不同性能的电机模拟，其测试时无需台架，具有研发周期短，成本低等优势，具有很强的通用性和灵活性。

主权项

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。