一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器制造技术

本发明专利技术提供一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，基于DSP实现，用于模拟永磁同步电机及其逆变器的功率级特性，其包含：调理模块，其用于采集待测目标电机控制器输出的三相上桥臂PWM控制信号，并处理得到真实的理想输入电压；逆变器死区误差电压模拟叠加模块，其用于将理想输入电压转换为含逆变器死区非线性特性的实际三相输入电压；永磁同步电机模型计算模块，其用于对实际三相输入电压进行计算迭代，得到永磁同步电机状态量。本发明专利技术用于模拟永磁同步电机及其逆变器的功率级特性，有效替代真实永磁同步电机及逆变器完成对电机驱动器的各项性能测试。对电机驱动器的各项性能测试。对电机驱动器的各项性能测试。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器


[0001]本专利技术涉及电机控制半实物仿真
，具体地说，涉及一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器。

技术介绍

[0002]在电机控制系统开发领域，当控制代码编写完成后，往往需要进行测试。这个时候如果直接让控制系统接上功率板驱动电机，可能会由于控制代码本身存在的未调试错误而使得电机转动异常，甚至于造成过流而损坏功率器件；同时由于调试功率器件和实物电机本身调试步骤的繁琐性，直接在实物上对初步的控制代码进行调试往往费时费力，降低了开发效率和算法验证的速度。
[0003]因此需要通过半实物仿真技术对控制代码进行初步的仿真测试，通过后再进行实物调试。然而常规的半实物仿真平台如dSPACE等都是采用FPGA来对外部输入的PWM脉冲信号进行分析，检测相应的占空比然后计算出对应的输出电压，然后更新电机的模型方程。通过FPGA对电机模型进行编程往往比较麻烦，编写繁琐等，不利于对模型代码进行反复更新。同时FPGA的成本也相对较高，不利于半实物仿真技术的推广与实现。这些是目前永磁同步电机控制半实物仿真技术所需要面临的问题。
[0004]针对现有技术的问题，本专利技术提供了一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，所述半实物仿真器基于DSP实现，用于模拟永磁同步电机及其逆变器的功率级特性，其包含：
[0006]调理模块，其用于采集待测目标电机控制器输出的三相上桥臂PWM控制信号，并处理得到真实的理想输入电压；
[0007]逆变器死区误差电压模拟叠加模块，其用于将所述理想输入电压转换为含逆变器死区非线性特性的实际三相输入电压；
[0008]永磁同步电机模型计算模块，其用于对所述实际三相输入电压进行计算迭代，得到永磁同步电机状态量。
[0009]根据本专利技术的一个实施例，所述调理模块包含输入调理电路，其基于所述三相上桥臂PWM控制信号，结合实际的逆变器母线电压，转换得到实际的三相等效输入电压，其中，所述输入调理电路包含：
[0010]第一电阻，其第一端输入所述三相上桥臂PWM控制信号；
[0011]第一电容，其第一端与所述第一电阻的第二端连接，第二端与数字地连接；
[0012]轨到轨运放，其同相输入端与所述第一电阻的第二端连接；
[0013]第二电阻，其第一端与所述轨到轨运放的反相输入端连接，第二端与所述轨到轨
运放的输出端连接；
[0014]第二电容，其第一端与所述轨到轨运放的电源正端连接，第二端与数字地连接。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述调理模块包含ADC采样模块，其与所述输入调理电路相连，用于根据实际的直流母线电压将所述三相等效输入电压进行比例放大，得到未经滤波的理想输入电压。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述调理模块包含滤波模块，其与所述ADC采样模块相连，用于对所述未经滤波的理想输入电压进行二阶低通滤波，以消除由于ADC采集带来的噪声，得到所述理想输入电压。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，所述逆变器死区误差电压模拟叠加模块通过以下公式计算得到所述实际三相输入电压：
[0018]U'
a
＝ΔV
a
+U
a
[0019]U
′
b
＝ΔV
b
+U
b
[0020]U
′
c
＝ΔV
c
+U
c
[0021]式中，U'
a
、U
′
b
、U
′
c
为实际三相输入电压；ΔV
a
、ΔV
b
、ΔV
c
为三相平均扰动电压；U
a
、U
b
、U
c
为理想输入电压；
[0022]三相平均扰动电压为：
[0023][0024][0025][0026]式中，T
a
为PWM周期时间；T
d
为PWM死区时间；T
on
、T
off
为开通关断延时；V
on
为开关管和二极管的平均导通压降；V
dc
为逆变器直流输入电压；i
a
、i
b
、i
c
为相电流；sgn()为符号函数，相电流从电机流向逆变器的时候为负电流，从逆变器流向电机的时候为正电流。
[0027]根据本专利技术的一个实施例，所述永磁同步电机状态量包含但不限于下一周期的三相电流和转子位置，所述永磁同步电机模型计算模块包含：
[0028]第一坐标系转换单元，其用于将所述实际三相输入电压转换为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的输入电压；
[0029]d
‑
q轴电流更新单元，其基于两相旋转d
‑
q轴坐标系下的所述输入电压，利用永磁同步电机在两相旋转d
‑
q轴坐标系下的电压方程以及磁链方程，得到更新后的d
‑
q轴电流；
[0030]转子位置更新单元，其基于所述更新后的d
‑
q轴电流，利用转矩方程以及运动方程，得到更新后的转子电角度，以作为所述转子位置；
[0031]第二坐标系转换单元，其用于将更新后的d
‑
q轴电流转换为三相静止坐标系下的三相电流，以作为所述下一周期的三相电流；
[0032]永磁同步电机在两相旋转d
‑
q轴坐标系下的电压方程为：
[0033][0034]式中，u
d
、u
q
为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的d
‑
q轴输入电压；i
d
、i
q
为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的d
‑
q轴电流；L
d
、L
q
为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的d
‑
q轴电感；ψ
d
、ψ
q
为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的d
‑
q轴磁链；R
s
为定子电压；ω
e
为转子转速；ψ
f
为转子磁链；
[0035]磁链方程为：
[0036][0037]转矩方程为：
[0038]T
e
＝n
p
(ψ
f
i
q
+(L
d
‑
L
q
)i
d
i
q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述半实物仿真器基于DSP实现，用于模拟永磁同步电机及其逆变器的功率级特性，其包含：调理模块，其用于采集待测目标电机控制器输出的三相上桥臂PWM控制信号，并处理得到真实的理想输入电压；逆变器死区误差电压模拟叠加模块，其用于将所述理想输入电压转换为含逆变器死区非线性特性的实际三相输入电压；永磁同步电机模型计算模块，其用于对所述实际三相输入电压进行计算迭代，得到永磁同步电机状态量。2.如权利要求1所述的一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述调理模块包含输入调理电路，其基于所述三相上桥臂PWM控制信号，结合实际的逆变器母线电压，转换得到实际的三相等效输入电压，其中，所述输入调理电路包含：第一电阻，其第一端输入所述三相上桥臂PWM控制信号；第一电容，其第一端与所述第一电阻的第二端连接，第二端与数字地连接；轨到轨运放，其同相输入端与所述第一电阻的第二端连接；第二电阻，其第一端与所述轨到轨运放的反相输入端连接，第二端与所述轨到轨运放的输出端连接；第二电容，其第一端与所述轨到轨运放的电源正端连接，第二端与数字地连接。3.如权利要求2所述的一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述调理模块包含ADC采样模块，其与所述输入调理电路相连，用于根据实际的直流母线电压将所述三相等效输入电压进行比例放大，得到未经滤波的理想输入电压。4.如权利要求3所述的一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述调理模块包含滤波模块，其与所述ADC采样模块相连，用于对所述未经滤波的理想输入电压进行二阶低通滤波，以消除由于ADC采集带来的噪声，得到所述理想输入电压。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述逆变器死区误差电压模拟叠加模块通过以下公式计算得到所述实际三相输入电压：U'
a
＝ΔV
a
+U
a
U'
b
＝ΔV
b
+U
b
U'
c
＝ΔV
c
+U
c
式中，U'
a
、U'
b
、U'
c
为实际三相输入电压；ΔV
a
、ΔV
b
、ΔV
c
为三相平均扰动电压；U
a
、U
b
、U
c
为理想输入电压；三相平均扰动电压为：三相平均扰动电压为：
式中，T
a
为PWM周期时间；T
d
为PWM死区时间；T
on
、T
off
为开通关断延时；V
on
为开关管和二极管的平均导通压降；V
dc
为逆变器直流输入电压；i
a
、i
b
、i
c
为相电流；sgn()为符号函数，相电流从电机流向逆变器的时候为负电流，从逆变器流向电机的时候为正电流。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的一种考虑逆变器死区特性的永磁同步电机半实物仿真器，其特征在于，所述永磁同步电机状态量包含但不限于下一周期的三相电流和转子位置，所述永磁同步电机模型计算模块包含：第一坐标系转换单元，其用于将所述实际三相输入电压转换为两相旋转d
‑
q轴坐标系下的输入电压；d
‑
q轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，周敬阳，黄玉英，庞华通，董密，宋冬然，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：