用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台制造技术

本发明专利技术属于电机控制算法开发及测试验证技术领域，具体涉及一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台。该仿真平台包括负载模拟设备、直流电源及配电柜、功率级仿真设备、功率分析仪、上位机、各功能模块之间的信息交互渠道。所述负载模拟设备包括测功机变频柜、加载测功机、机械连接设备、冷却系统和试验操作台。所述功率级仿真设备包括高速驱动电机和电机控制器。所述上位机包括软件开发平台与数据标定监测平台。由此，本发明专利技术提供了一种能够快速实现高速驱动电机控制算法从开发到验证的半实物仿真平台，以实现针对高速驱动电机控制系统的功率级仿真测试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机控制算法开发及测试验证
，具体涉及一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台。
技术介绍
随着环境污染和能源短缺问题日益严重，以及电机技术、电池技术和电控技术的不断发展，混合动力车辆的应用越来越广泛，对电机驱动控制技术的要求也越来越高。电机驱动控制技术作为混合动力车辆的核心技术之一，正在往高速、高功率密度、高可靠性的方向发展。另一方面，21世纪的汽车市场要求产品的研发更加高效、迭代周期更短、投入成本更低，这也对电机控制算法的开发流程提出了更高的要求，需要一种能够适应上述新特点、新需求的开发模式和开发平台来支撑电机控制算法的研发。传统的电机控制算法验证通常采用制作原理样机然后进行试验的方式。该方法虽然能直接验证控制算法的效果，但是样机研制周期长，适用性低，投入成本高，代码迭代复杂，不利于新型电机控制算法的研发。快速控制原型平台由于效率高、迭代周期短和成本低而被越来越多的人采用。传统的快速控制原型平台采用信号级仿真设备，无法模拟电机控制器中的强电信号，更无法检测到实际电机运行过程中PWM控制电流产生的效应，不适用于电机控制算法的仿真验证。在电机控制算法的开发过程中采用功率级快速控制原型环节，能够大幅度提高开发效率，缩短开发周期，以尽量小的成本发现并纠正可能出现的问题。快速控制原型仿真技术同时也是汽车电驱动产品研发的“V型”开发模式的关键环节，在汽车电驱动系统的研发过程中发挥着重要作用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的问题是：如何提供一种能够快速实现高速驱动电机控制算法从开发到验证的半实物仿真平台，以实现针对高速驱动电机控制系统的功率级仿真测试。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台，所述平台基于高性能电力电子设备进行搭建，包括：负载模拟设备、直流电源及直流配电柜、功率级仿真设备、功率分析仪、上位机；其中，所述负载模拟设备包括测功机变频柜、加载测功机、机械连接设备、冷却系统和试验操作台；所述功率级仿真设备包括高速驱动电机和电机控制器；所述上位机包括软件开发平台与数据标定监测平台；所述高速驱动电机和加载测功机通过联轴器以及扭矩传感器联接；所述加载测功机、测功机变频柜与690V交流电网之间采用高压电缆连接；直流电源、直流配电柜、电机控制器与690V交流电网之间采用高压电缆连接；所述测功机变频柜、扭矩传感器、冷却系统与试验操作台之间采用工业现场总线连接；所述冷却系统与高速驱动电机、电机控制器之间通过橡胶管联接；所述功率分析仪与高速驱动电机三相交流电之间采用专用测试线连接；所述功率分析仪与试验操作台之间通过以太网连接；所述试验操作台与电机控制器之间、电机控制器与数据标定监测平台之间采用CAN总线连接；所述软件开发平台与电机控制器之间采用RS232总线连接；所述高速驱动电机设置为可以高速运行，且用于满足纯电动车辆上的功率需求；所述电机控制器的功率能力与高速驱动电机相匹配；所述加载测功机及测功机变频柜的转速范围和功率能力大于高速驱动电机的转速范围和功率能力；所述测功机变频柜与直流电源均设置为能够实现功率双向流动；当高速驱动电机运行在电动工况时，整个功率级快速控制原型平台的电功率流向为：690V交流电网→直流电源→直流配电柜→电机控制器→高速驱动电机→加载测功机→测功机变频柜→交流电网，制动模式下功率流向相反；整个功率级快速控制原型平台从而实现驱动和制动模式下电力功率的双向闭环。其中，所述软件开发平台是开发者进行电机控制算法自主开发的主要平台，装有Matlab/Simulink建模软件与电机控制算法软件开发环境工具包，集Simulink模型开发库、代码编译、代码下载、数据标定功能于一体；开发者通过调用底层程序的封装模块，用于自主的电机控制算法应用，实现基于模型的电机控制算法开发；所述数据标定监测平台是开发者进行参数调试、标定与监测的平台，通过CAN总线与电机控制器进行数据交互；电机控制算法模型在代码编译时设置为可以自动生成a2l文件；开发者可以采用CANape标定工具，根据生成的标定协议进行在线标定和监测数据。其中，所述负载模拟设备用于实现功率级仿真设备的负载特性模拟，完成仿真加载控制；所述负载模拟设备具有转速转矩测试功能，能够对测试数据自动采集、存储和分析；所述机械连接设备用于实现负载模拟设备与功率级仿真设备的可靠连接；所述冷却系统用于自动调节温度与流量，且能同时提供两种不同冷却液；所述试验操作台具备与控制算法仿真设备的CAN总线通信能力。其中，所述直流电源及直流配电柜用于将690V交流电转换为电机控制器所需的高压直流电，并用于执行开关和急停功能；所述直流配电柜还用于将高压直流电转变为24V低压直流电供电机控制器使用。其中，所述功率级仿真设备用于实现电机控制算法的功率级半实物仿真；所述高速驱动电机选用高性能永磁同步电机，内置温度传感器和转子位置传感器，接口采用标准接插件；所述电机控制器包含高压母线电容、IGBT开关器件、水冷散热器、电流传感器、电压传感器，高低压线缆采用标准接插件；所述电机控制器与高速永磁同步电机的输出特性相匹配，设置为可实现电机四象限运行的控制。其中，所述功率分析仪作为测试仪器，用于测量三相交流电路中的电压、电流、功率、功率因数数据，并将数据通过以太网发送到试验操作台的数据监控系统中。(三)有益效果与现有技术方案比较，本专利技术的方案具有如下优势和有益效果：1.能够实现功率级电机控制算法的快速开发与验证。功率级仿真设备基于成熟的批产控制器硬件平台，支持电机算法自主开发。传统的快速控制原型只能进行信号级算法的功能开发与验证，并且无法快速应用于实际产品。2.算法软件模块化开发，缩短开发周期。底层工具实现了模块化，可以方便的调用，用户能够更专注于自主知识产权的软件开发及真实负载验证。采用一键式代码生成和下载，操作流程简单。通过基于模型的开发环境，结合自主的电机控制算法，实现算法设计－模型搭建－代码生成－硬件调试－产品定型，大大缩短了产品的开发周期。系统功能完善，配置灵活，安全性高，经济性好。能够实现驱动电机高速、大功率工况；通过试验操作台可以同时控制和监测负载模拟设备和功率级仿真设备；电参数信号可以通过功率分析仪获取，也可直接从功率级仿真设备获取；负载模拟设备与功率级仿真设备联动紧急停车，有效保护系统及人身安全；可实现试验过程电力功率闭环，能耗小。附图说明图1为本专利技术技术方案的整体结构示意图。图2为本专利技术技术方案的电机控制算法开发实施例流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。为解决现有技术的问题，本专利技术提供一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台，如图1所示，所述平台基于高性能电力电子设备进行搭建，包括：负载模拟设备、直流电源及直流配电柜、功率级仿真设备、功率分析仪、上位机；其中，所述负载模拟设备包括测功机变频柜、加载测功机、机械连接设备、冷却系统和试验操作台；所述功率级仿真设备包括高速驱动电机和电机控制器；所述上位机包括软件开发平台与数据标定监测平台；所述高速驱动电机和加载测功机通过联轴器以及扭矩传感器联接；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台，其特征在于，所述平台基于高性能电力电子设备进行搭建，包括：负载模拟设备、直流电源及直流配电柜、功率级仿真设备、功率分析仪、上位机；其中，所述负载模拟设备包括测功机变频柜、加载测功机、机械连接设备、冷却系统和试验操作台；所述功率级仿真设备包括高速驱动电机和电机控制器；所述上位机包括软件开发平台与数据标定监测平台；所述高速驱动电机和加载测功机通过联轴器以及扭矩传感器联接；所述加载测功机、测功机变频柜与690V交流电网之间采用高压电缆连接；直流电源、直流配电柜、电机控制器与690V交流电网之间采用高压电缆连接；所述测功机变频柜、扭矩传感器、冷却系统与试验操作台之间采用工业现场总线连接；所述冷却系统与高速驱动电机、电机控制器之间通过橡胶管联接；所述功率分析仪与高速驱动电机三相交流电之间采用专用测试线连接；所述功率分析仪与试验操作台之间通过以太网连接；所述试验操作台与电机控制器之间、电机控制器与数据标定监测平台之间采用CAN总线连接；所述软件开发平台与电机控制器之间采用RS232总线连接；所述高速驱动电机设置为可以高速运行，且用于满足纯电动车辆上的功率需求；所述电机控制器的功率能力与高速驱动电机相匹配；所述加载测功机及测功机变频柜的转速范围和功率能力大于高速驱动电机的转速范围和功率能力；所述测功机变频柜与直流电源均设置为能够实现功率双向流动；当高速驱动电机运行在电动工况时，整个功率级快速控制原型平台的电功率流向为：690V交流电网→直流电源→直流配电柜→电机控制器→高速驱动电机→加载测功机→测功机变频柜→交流电网，制动模式下功率流向相反；整个功率级快速控制原型平台从而实现驱动和制动模式下电力功率的双向闭环。...

【技术特征摘要】
1.一种用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台，其特征在于，所述平台基于高性能电力电子设备进行搭建，包括：负载模拟设备、直流电源及直流配电柜、功率级仿真设备、功率分析仪、上位机；其中，所述负载模拟设备包括测功机变频柜、加载测功机、机械连接设备、冷却系统和试验操作台；所述功率级仿真设备包括高速驱动电机和电机控制器；所述上位机包括软件开发平台与数据标定监测平台；所述高速驱动电机和加载测功机通过联轴器以及扭矩传感器联接；所述加载测功机、测功机变频柜与690V交流电网之间采用高压电缆连接；直流电源、直流配电柜、电机控制器与690V交流电网之间采用高压电缆连接；所述测功机变频柜、扭矩传感器、冷却系统与试验操作台之间采用工业现场总线连接；所述冷却系统与高速驱动电机、电机控制器之间通过橡胶管联接；所述功率分析仪与高速驱动电机三相交流电之间采用专用测试线连接；所述功率分析仪与试验操作台之间通过以太网连接；所述试验操作台与电机控制器之间、电机控制器与数据标定监测平台之间采用CAN总线连接；所述软件开发平台与电机控制器之间采用RS232总线连接；所述高速驱动电机设置为可以高速运行，且用于满足纯电动车辆上的功率需求；所述电机控制器的功率能力与高速驱动电机相匹配；所述加载测功机及测功机变频柜的转速范围和功率能力大于高速驱动电机的转速范围和功率能力；所述测功机变频柜与直流电源均设置为能够实现功率双向流动；当高速驱动电机运行在电动工况时，整个功率级快速控制原型平台的电功率流向为：690V交流电网→直流电源→直流配电柜→电机控制器→高速驱动电机→加载测功机→测功机变频柜→交流电网，制动模式下功率流向相反；整个功率级快速控制原型平台从而实现驱动和制动模式下电力功率的双向闭环。2.如权利要求1所述的用于电机控制算法开发的功率级快速控制原型平台，其特征在于，所述软件开发平台是开发者进行电机控制算法自主开发的主要平台，装有Matlab/Simulink建模软件与电机控制算法软件开发环境工具包，集Sim...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛天扬，盖江涛，马长军，韩政达，孙占春，曾根，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11