超高速电磁推进控制半实物仿真系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种超高速电磁推进控制半实物仿真系统，该系统包括开发主机、实时仿真目标机、IO扩展箱和变流控制器，开发主机运行仿真管理软件RT‑LAB，开发主机用于超高速电磁推进控制系统仿真模型的开发并生成可实时执行的模型代码、仿真试验管理以及试验数据的监控记录，实时仿真目标机用于接收并运行开发主机加载的可实时执行的模型代码，变流控制器分别与实时仿真目标机以及IO扩展箱连接，变流控制器用于发出控制信号以及接收实时仿真目标机和IO扩展箱发出的信号。应用本实用新型专利技术的技术方案，以解决现有技术中缺乏超高速大功率变流器加直线电机系统的仿真模型以及仿真系统进行参数在线调整时需中断模型仿真运行的技术问题。

Hardware in the loop simulation system of ultra high speed electromagnetic propulsion control

【技术实现步骤摘要】
超高速电磁推进控制半实物仿真系统
本技术涉及飞行器、超高速磁悬浮列车电磁推进控制
，尤其涉及一种超高速电磁推进控制半实物仿真系统。
技术介绍
当今，关于超高速电磁推进控制技术的研究与开发在国内外都处于快速发展之中。超高速电磁推进的基本原理是大功率变流器驱动控制大功率超高速直线电机，直线电机动子推动负载向前运动。随着控制理论的发展以及对电磁推进系统性能要求的不断提高，电磁推进控制单元需要实现的控制算法的复杂程度和可靠性日益加大。超高速电磁推进控制技术在研发过程中需搭建真实的直线电机和变流器等试验平台，建设成本极高，后期受资金、时间、空间、人力等因素限制难于扩展。同时，试验过程中功率器件的损坏、功率单元拓扑的更改等，又势必造成更多成本的投入，最终影响研发效率。基于仿真软件+实时仿真机的半实物仿真系统作为被控对象的实时数字仿真平台，给以超高速电磁推进控制技术等为代表性的控制技术研发开辟了新的途径。半实物仿真系统一般包括实际的控制器和虚拟的仿真对象，两者通过输入输出接口进行数据交互和通信，可实现对控制器软硬件性能的全方位测试。这不仅能够在软件仿真中快速有效验证工作原理正确性及准确性，还可进行与物理模型对接仿真，减少巨大的物理模型的投资，并大幅度降低试验平台建设成本。现有的半实物仿真系统具有以下不足：1)由于仿真步长、半实物仿真系统架构及仿真机硬件条件的限制，实时仿真结果与真实样机试验数据对比会有较大的偏差，且参数在线调整时需中断模型仿真的运行；2)一般只能够处理常规的电力电子半实物仿真系统仿真模型，对于超高速大功率变流器加直线电机这种复杂多重系统没有有效的解决方案；3)实时仿真机一般采用Linux操作系统，且需要对仿真系统具有较为深厚的理论基础，在一定程度上增加了系统开发难度和周期，无法准确快速地验证实物控制器。
技术实现思路
本技术提供了一种超高速电磁推进控制半实物仿真系统，能够解决现有技术中缺乏超高速大功率变流器加直线电机系统的仿真模型以及仿真系统进行参数在线调整时需中断模型仿真运行的技术问题。根据本技术的一方面，提供了一种基于RT-LAB的超高速电磁推进控制半实物仿真系统，超高速电磁推进控制半实物仿真系统包括：开发主机，开发主机运行仿真管理软件RT-LAB，开发主机用于超高速电磁推进控制系统仿真模型的开发并生成可实时执行的模型代码、仿真试验管理以及试验数据的监控记录；实时仿真目标机和IO扩展箱，实时仿真目标机分别与开发主机和IO扩展箱连接，IO扩展箱用于对实时仿真目标机的输入输出端口进行扩展，实时仿真目标机用于接收并运行开发主机加载的可实时执行的模型代码；变流控制器，变流控制器分别与实时仿真目标机以及IO扩展箱连接，变流控制器用于发出控制信号以及接收实时仿真目标机和IO扩展箱发出的信号，实时仿真目标机和IO扩展箱根据变流控制器发出的控制信号模拟变流器的变流效果。进一步地，超高速电磁推进控制系统仿真模型包括变流器功率单元模型、直线电机模型和数据同步模型。进一步地，变流器功率单元模型和直线电机模型运行在实时仿真目标机上，数据同步模型运行在实时仿真目标机上，数据同步模型用于实现整个仿真过程的数据同步。进一步地，超高速电磁推进控制半实物仿真系统基于Simulink建立超高速电磁推进控制系统仿真模型。进一步地，开发主机的操作系统为Windows7Pro。进一步地，IO扩展箱基于FPGA架构，IO扩展箱包括数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块以及与实时仿真目标机联合仿真的PCIe通讯同步卡。进一步地，实时仿真目标机基于X86硬件平台且运行Redhat实时操作系统，实时仿真目标机的处理器为英特尔Xeon。根据本技术的另一方面，提供了一种超高速电磁推进控制系统仿真方法，该超高速电磁推进控制系统仿真方法使用如上所述的超高速电磁推进控制半实物仿真系统。进一步地，超高速电磁推进控制系统仿真方法包括：变流控制器输出控制信号，实时仿真目标机根据控制信号使得变流器功率单元模型输出要求的电压电流至直线电机模型，直线电机模型输出要求的电磁推力并达到要求的超高速度以验证超高速电磁推进控制算法；实时仿真目标机输出模拟量信号，变流控制器接收模拟量信号并根据模拟量信号进行数据调理；实时仿真目标机输出模拟故障信号，变流控制器接收模拟故障信号并进行故障信号处理。应用本技术的技术方案，提供了一种基于RT-LAB的超高速电磁推进控制半实物仿真系统，该半实物仿真系统基于RT-LAB仿真管理软件，并结合实时仿真目标机，能够实现对大型复杂的硬件在回路(HIL)和快速控制原型(RCP)应用模型的实时仿真，并可进行分布式并行计算。同时，该架构可对所有要求的功能进行配置和管理，实现模型中的各项参数的在线调整，而不需要中断模型仿真的运行。附图说明所包括的附图用来提供对本技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本技术的具体实施例提供的超高速电磁推进控制半实物仿真系统的结构组成示意框图；图2示出了根据本技术的具体实施例提供的超高速电磁推进控制半实物仿真系统的仿真原理图；图3示出了根据本技术的具体实施例提供的超高速电磁推进控制半实物仿真系统的仿真模型示意图；图4示出了根据本技术的具体实施例提供的变流器功率单元和直线电机的仿真模型示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、开发主机；20、实时仿真目标机；30、IO扩展箱；40、变流控制器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速电磁推进控制半实物仿真系统，其特征在于，所述超高速电磁推进控制半实物仿真系统包括：开发主机(10)，所述开发主机(10)运行仿真管理软件RT‑LAB，所述开发主机(10)用于超高速电磁推进控制系统仿真模型的开发并生成可实时执行的模型代码、仿真试验管理以及试验数据的监控记录；实时仿真目标机(20)和IO扩展箱(30)，所述实时仿真目标机(20)分别与所述开发主机(10)和所述IO扩展箱(30)连接，所述IO扩展箱(30)用于对所述实时仿真目标机(20)的输入输出端口进行扩展，所述实时仿真目标机(20)用于接收并运行所述开发主机(10)加载的可实时执行的模型代码；变流控制器(40)，所述变流控制器(40)分别与所述实时仿真目标机(20)以及所述IO扩展箱(30)连接，所述变流控制器(40)用于发出控制信号以及接收所述实时仿真目标机(20)和所述IO扩展箱(30)发出的信号，所述实时仿真目标机(20)和所述IO扩展箱(30)根据所述变流控制器(40)发出的控制信号模拟变流器的变流效果。

【技术特征摘要】
1.一种超高速电磁推进控制半实物仿真系统，其特征在于，所述超高速电磁推进控制半实物仿真系统包括：开发主机(10)，所述开发主机(10)运行仿真管理软件RT-LAB，所述开发主机(10)用于超高速电磁推进控制系统仿真模型的开发并生成可实时执行的模型代码、仿真试验管理以及试验数据的监控记录；实时仿真目标机(20)和IO扩展箱(30)，所述实时仿真目标机(20)分别与所述开发主机(10)和所述IO扩展箱(30)连接，所述IO扩展箱(30)用于对所述实时仿真目标机(20)的输入输出端口进行扩展，所述实时仿真目标机(20)用于接收并运行所述开发主机(10)加载的可实时执行的模型代码；变流控制器(40)，所述变流控制器(40)分别与所述实时仿真目标机(20)以及所述IO扩展箱(30)连接，所述变流控制器(40)用于发出控制信号以及接收所述实时仿真目标机(20)和所述IO扩展箱(30)发出的信号，所述实时仿真目标机(20)和所述IO扩展箱(30)根据所述变流控制器(40)发出的控制信号模拟变流器的变流效果。2.根据权利要求1所述的超高速电磁推进控制半实物仿真系统，其特征在于，所述超高速电磁推进控制系统仿真模型包括变流器功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆杰，毛凯，张艳清，马逊，郭永勇，邹东升，陈松，蔡华，季旭，杨光，杨志鸿，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11