一种机车及动车组控制算法测试系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机车及动车组控制算法测试系统及其使用方法，用于对控制算法模型进行仿真测试，包括：被控对象模型、第一仿真单元、第二仿真单元和牵引控制单元，其中第一仿真单元包括第一仿真板卡和第一调理模块，第二仿真单元包括第二仿真板卡和第二调理模块，本测试系统通过增加第一仿真单元和第二仿真单元的配合运用，综合了各自的优势，达到优势互补，能够在算法的设计开发阶段、测试验证阶段、参数细调阶段都实现充分的仿真测试，以满足设计需求，排除控制算法在应用中可能存在的问题，降低现场调试的成本和风险。降低现场调试的成本和风险。降低现场调试的成本和风险。

【技术实现步骤摘要】
一种机车及动车组控制算法测试系统及其使用方法


[0001]本专利技术涉及仿真系统领域，尤其涉及一种机车及动车组控制算法测试系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着轨道列车的广泛应用和不断发展，对电机控制技术的有效性、可靠性要求越来越高。控制算法为机车及动车组控制系统的核心，在控制算法的开发过程中，仿真有助于在设计过程中及时发现问题，避免在产品试制完成后发现控制方案问题带来的人力、物力、财力的浪费。仿真技术可以分为离线仿真和半实物仿真，半实物仿真根据模型和实物的不同，可分为快速控制原型和硬件在环两种形式。通过有效的建模方法可使仿真结果无限逼近真实，在实验室环境下就可以实现产品调试验证，并能一定程度甚至全面替代产品试验。目前，国内外的专利文献中尚未看到集离线仿真、快速控制原型、硬件在回路多种方法于一体来进行控制算法开发与测试的相关文献。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种机车及动车组控制算法测试系统及其使用方法，以克服产品试制完成后发现控制方案问题带来的人力、物力、财力的浪费。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种机车及动车组控制算法测试系统，用于对控制算法模型进行仿真测试，其特征在于，包括：被控对象模型、第一仿真单元、第二仿真单元和牵引控制单元；
[0006]被控对象模型用于模拟控制算法模型要控制的对象以及对象所运行的环境，为控制算法模型的开发验证提供测试条件；
[0007]第一仿真单元包括第一仿真板卡和第一调理模块；<br/>[0008]所述第一仿真板卡用于将控制算法模型自动生成对应代码并运行在第一仿真板卡中，实现控制算法模型在第一仿真板卡的对应时钟周期内执行，输出控制信号，并采集被控对象反馈信号，进而形成闭环控制；
[0009]所述第一调理模块用于第一仿真板卡与被控对象之间的反馈信号及控制信号的类型及范围的转换，其中被控对象是运行着被控对象模型的第二仿真单元；
[0010]第二仿真单元包括第二仿真板卡和第二调理模块；
[0011]所述第二仿真板卡用于被控对象模型实时运行时，将被控对象模型自动生成代码并运行在第二仿真板卡中；
[0012]第二调理模块用于控制信号及被控对象反馈信号类型及范围转换，接收控制算法单元的控制信号后将其进行信号转换并传输至被控对象模型进行运算，同时将运算结果信号进行信号转换并返回控制算法单元，实现第二仿真板卡与控制算法单元之间的信号交互，其中控制算法单元是指运行着控制算法模型的第一仿真单元或牵引控制单元；
[0013]牵引控制单元为控制算法模型运行的载体，用于运行由控制算法模型自动生成的
嵌入式代码，形成控制信号并传输给第二仿真单元，同时接收第二仿真单元产生的信号作为反馈，形成闭环控制。
[0014]进一步的，所述第一仿真板卡包括第一处理器板卡、第一高速仿真板卡及第一模拟量板卡和第一数字量板卡；
[0015]所述第一处理器板卡和第一高速仿真板卡用于相互配合完成控制算法模型运行形成控制信号；
[0016]所述第一模拟量板卡和第一数字量板卡用于反馈信号的采集和控制信号的发出。
[0017]进一步的，所述第二仿真板卡包括第二处理器板卡、第二高速仿真板卡及第二模拟量板卡和第二数字量板卡；
[0018]所述第二处理器板卡用于与上位机监控软件关联，显示系统运行过程中的变量数据监控；
[0019]所述第二高速仿真板卡用于被控对象模型的模拟，形成被控对象反馈信号；
[0020]所述第二模拟量板卡和第二数字量板卡用于控制信号的采集和反馈信号的发出。
[0021]进一步的，还包括上位机监控单元，所述上位机监控单元用于接收第一处理器板卡和第二处理器板卡传输的控制信号和反馈信号，并在PC端显示。
[0022]进一步的，所述第一处理器板卡型号为DS1006，第一高速仿真板卡为DS5203，第一数字量板卡型号为DS4004，第一模拟量板卡型号为DS2003，第一处理器板卡、第一高速仿真板卡、第一数字量板卡和第一模拟量板卡通过机箱将组合在一起，并通过其上位机软件接口进行相互之间的信息互通。
[0023]进一步的，所述第二处理器板卡型号为DS1006，第二高速仿真板卡型号为DS5203，第二数字量板卡型号为DS4004，第二模拟量板卡型号为DS2003，第二处理器板卡、第二高速仿真板卡、第二数字量板卡和第二模拟量板卡通过机箱组合在一起，并通过其上位机软件接口进行相互之间的信息互通。
[0024]进一步的，被控对象模型包括接触网模型、弓网模型、牵引变压器模型、牵引变流器模型和电机模型。
[0025]一种机车及动车组控制算法测试系统的方法，其特征在于，包括：
[0026]S1：根据机车及动车组的牵引系统对控制算法验证的需求，搭建被控对象模型；
[0027]S2：进行机车及动车组控制算法Matlab建模，根据被控对象模型及控制方法构建对应的控制算法模型；
[0028]S3：将控制算法模型与被控对象模型同时运行在Matlab环境中进行离线仿真，对控制算法模型进行非实时的初步测试，并对控制算法及控制算法参数变量进行调整；
[0029]S4：将控制算法模型生成控制算法模型代码，并下载至第一仿真单元中，同时被控对象模型生成被控对象模型代码，并下载至第二仿真单元中，第一仿真单元与第二仿真单元通过第一调理模块和第二调理模块相连进行信号交互，实现实时仿真，验证控制算法及控制算法参数的实时运行有效性和准确性；
[0030]S5：将控制算法模型自动生成嵌入式C代码，并下载至牵引控制单元中，第一仿真单元与第二仿真单元断开，将牵引控制单元与第二仿真单元通过第二调理模块相连进行信号交互，构成HIL半实物仿真形式，将控制算法及控制算法参数下载至牵引控制单元进行嵌入式控制算法代码的测试验证。
[0031]有益效果：本专利技术为机车及动车组的控制算法提供了一种有效的、完整的测试系统，该测试系统通过增加第一仿真单元和第二仿真单元的配合运用，第一仿真单元将控制算法模型自动生成对应代码并运行实现控制算法模型在第一仿真板卡的对应时钟周期内执行，输出控制信号，并采集被控对象反馈信号，进而形成闭环控制，第二仿真单元用于被控对象模型实时运行，将被控对象模型自动生成代码并运行，第一仿真单元和第二仿真单元综合了各自的优势，能够结合快速控制原型和硬件在环的仿真情况，达到优势互补，在算法的设计开发阶段、测试验证阶段、参数细调阶段都实现充分的仿真测试，以满足设计需求，排除控制算法在应用中可能存在的问题，降低现场调试的成本和风险。通过仿真测试的牵引控制单元及牵引控制算法代码具备较高的可靠性和精确性，再进行地面测试和装车测试时能够提升测试效率，降低测试过程中的风险和不安全因素，为现场验证节省了大量人力、物力和财力，具有很高的经济性、灵活性、安全性和便捷性。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机车及动车组控制算法测试系统，用于对控制算法模型进行仿真测试，其特征在于，包括：被控对象模型、第一仿真单元、第二仿真单元和牵引控制单元；被控对象模型用于模拟控制算法模型要控制的对象以及对象所运行的环境，为控制算法模型的开发验证提供测试条件；第一仿真单元包括第一仿真板卡和第一调理模块；所述第一仿真板卡用于将控制算法模型自动生成对应代码并运行在第一仿真板卡中，实现控制算法模型在第一仿真板卡的对应时钟周期内执行，输出控制信号，并采集被控对象反馈信号，进而形成闭环控制；所述第一调理模块用于第一仿真板卡与被控对象之间的反馈信号及控制信号的类型及范围的转换，其中被控对象是运行着被控对象模型的第二仿真单元；第二仿真单元包括第二仿真板卡和第二调理模块；所述第二仿真板卡用于被控对象模型实时运行时，将被控对象模型自动生成代码并运行在第二仿真板卡中；第二调理模块用于控制信号及被控对象反馈信号类型及范围转换，接收控制算法单元的控制信号后将其进行信号转换并传输至被控对象模型进行运算，同时将运算结果信号进行信号转换并返回控制算法单元，实现第二仿真板卡与控制算法单元之间的信号交互，其中控制算法单元是指运行着控制算法模型的第一仿真单元或牵引控制单元；牵引控制单元为控制算法模型运行的载体，用于运行由控制算法模型自动生成的嵌入式代码，形成控制信号并传输给第二仿真单元，同时接收第二仿真单元产生的信号作为反馈，形成闭环控制。2.如权利要求1所述的一种机车及动车组控制算法测试系统，其特征在于：所述第一仿真板卡包括第一处理器板卡、第一高速仿真板卡及第一模拟量板卡和第一数字量板卡；所述第一处理器板卡和第一高速仿真板卡用于相互配合完成控制算法模型运行形成控制信号；所述第一模拟量板卡和第一数字量板卡用于反馈信号的采集和控制信号的发出。3.如权利要求1所述的一种机车及动车组控制算法测试系统，其特征在于：所述第二仿真板卡包括第二处理器板卡、第二高速仿真板卡及第二模拟量板卡和第二数字量板卡；所述第二处理器板卡用于与上位机监控软件关联，显示系统运行过程中的变量数据监控；所述第二高速仿真板卡用于被控对象模型的模拟，形成被控对象反馈信号；所述第二模拟量板卡和第二数字量板卡用于控制信号的采集和反馈信号的发出。4.如权利要求1所述的一种机车及动车组控制算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宝珠，于晓蔓，李靖，郭洋，李存才，
申请(专利权)人：中车大连电力牵引研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：