模拟电驱动器的计算机实现的方法技术

用于借助于硬件在环模拟器的至少一个计算单元来模拟电驱动器的计算机实现的方法，其中，电驱动器的模型包括由直流电压源馈电的逆变器和电动机，所述逆变器具有至少一个具有至少两个半导体开关的半桥，所述电动机具有电气的绕组电阻和绕组电感，具有半桥的中心抽头电压的中心抽头借助于具有馈线电流的馈线与电动机的电机接头连接，并且通过操作半导体开关，要么在一个半导体开关打开时在逆变器的导通状态下电机接头能与直流电压源的电气电势连接，要么在至少两个半导体开关打开时在逆变器的开路状态下电机接头能在电势方面断开。本发明专利技术还涉及模拟器和计算机程序。发明专利技术还涉及模拟器和计算机程序。发明专利技术还涉及模拟器和计算机程序。

【技术实现步骤摘要】
模拟电驱动器的计算机实现的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于借助于硬件在环模拟器的至少一个计算单元来模拟电驱动器的计算机实现的方法，其中，电驱动器的模型包括一个由直流电压源馈电的逆变器和电动机，所述逆变器具有至少一个具有至少两个半导体开关的半桥，所述电动机具有电气的绕组电阻和绕组电感，具有半桥的中心抽头电压的中心抽头借助于具有馈电电流的馈线与电动机的电机接头连接，并且通过操作半导体开关，要么在一个半导体开关打开时在逆变器的导通状态下电机接头能与直流电压源的电气电势连接，要么在至少两个半导体开关打开时在逆变器的开路状态下电机接头能在电势方面断开。

技术介绍

[0002]上述计算机实现的方法位于电路(在当前以电驱动器的形式的电路)的实时模拟的
，用于影响或测试技术
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物理过程。技术
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物理过程可以是例如控制单元，如所述控制设备大量用于机动车辆、飞机、能源生产或能源分配设施等。所述计算机实现的方法的一个重要应用情况是所谓的硬件在环模拟(HIL模拟)。如果开头描述的计算机实现的方法是在HIL模拟的范围内实施的，那么所述模拟是通过计算电驱动器的模型来实施的，即所述模型的模拟是以可以在计算机上、在HIL模拟器的计算单元上——或者必要时在多个计算单元上——进行数值计算的方程的形式的模型。
[0003]模拟器通常具有I/O接口，通过所述I/O接口可以读入或输出电信号。模拟器通过此I/O接口与真实的技术物理过程连接，即，在所描述的应用情况中主要与被测电子控制单元连接，所述被测电子控制单元在本文中通常也称为被测设备(Device
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under
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Test(DUT))。HIL模拟器为连接的电子控制单元模拟技术环境，后续应在所述技术环境中实际使用所述被测控制单元，在这种情况下亦即电驱动器，所述电驱动器具有直流电压馈电的逆变器和连接到所述逆变器的电动机。
[0004]被测控制单元通过其本身的I/O接口输出电气控制信号，以控制逆变器。控制信号本质上是用于驱控电驱动器的逆变器的半桥的半导体开关的信号。相反，HIL模拟器可以通过其I/O接口例如将电驱动器的状态参量输出到控制单元，控制单元稍后在其真实工作环境中对所述状态参量进行评估和检查。在当前情况下，模拟的电驱动器不仅包括电机本身，还包括以逆变器形式的功率电气驱控装置及为逆变器馈电的直流电压源(馈电的直流中间电路)。在这种形式中，计算机实现的方法也适用于在信号层面上测试被测控制单元。
[0005]上述的电驱动器或电驱动器的模型在所描述的具有至少一个半桥的形式中最初是单相的，但所述方法不限于单相电机。通常涉及多相驱动器和电机，在所述多相驱动器和电机中于是存在相应更多数量的半桥，所述半桥分别具有至少两个半导体开关。在这方面，在这些情况下，于是还有多个中心抽头、多个馈线和连接的电机相，所述电机相在其方面于是又分别具有绕组电阻和绕组电感。用于模拟电驱动器的方法也可以容易地应用于这样的多相驱动器。
[0006]半导体开关通常是场效应晶体管，所述场效应晶体管设计为相应地切换高电流。
这些半导体开关主要与续流二极管并联连接，所述续流二极管在高的反向电压的情况下能导通并且在此也被理解为半导体开关的一部分。续流二极管无法主动导通或主动阻断地开关，而是所述续流二极管根据其电气连接参量自动呈现其开关状态；在模拟的范围中必须考虑到这一点。
[0007]电驱动器的模拟对所使用的模拟硬件、即所使用的计算单元及其存储设备提出了高的要求，特别是由于模拟通常必须实时进行，因为所述模拟与真实过程、即实际上与被测控制单元必须相互作用。因此，从控制单元接收到的参量必须在模拟的范围中也被实时处理。因此，必须注意满足在计算时间和内存方面的要求。
[0008]电驱动器的模拟通常不仅在一个计算单元上进行，而且在模拟器的多个计算单元上进行。计算单元可以是一个处理器的不同核，但所述计算单元也可以是多处理器系统中的不同处理器，这在大型HIL模拟器中并不少见。也可以在一个或多个FPGA(现场可编程门阵列)的基础上实现一个计算单元或多个计算单元，这带来了速度优势，但在某些数值运算(例如除法)方面也有困难。
[0009]所提及的电驱动器的模拟已被证明非常具有挑战性，因为逆变器的不同运行状态，即在一个闭合的半导体开关的情况下的导通状态和在两个打开的半导体开关(浮置的中心抽头)的情况下的开路状态，伴随着所涉及电流的非常不同的动态。虽然在逆变器的导通状态下，在模拟中必须处理馈线电流的相对缓慢的电流动态，但在逆变器的开路状态下，馈线电流的电流动态明显更快，这特别是可能导致在数值模拟方面的显著的稳定性问题。

技术实现思路

[0010]因此，本专利技术的任务是提供一种用于模拟电驱动器的方法，利用该方法可以稳定地模拟电驱动器，特别是在逆变器的开路状态的情况下，优选地不显著偏离电驱动器的实际动态行为。
[0011]在开头描述的计算机实现的方法中，通过将电驱动器模分为逆变器子电路和电机子电路来初步和本质上解决导出的任务，所述逆变器子电路和电机子电路仅通过电气的耦合参量、即中心抽头电压和馈线电流在数值上相互耦合。通过将电驱动器模型分为逆变器子电路和电机子电路，原则上可以在不同的计算单元上模拟电驱动器。同时，在计算每个单独的子模型时，明显降低了对硬件在计算能力和内存需求方面的要求。当在下文提及逆变器子电路和电机子电路时，于是从而总是指电驱动器模型的各部分。
[0012]进一步规定，逆变器子电路的半导体开关由欧姆电阻表示，所述欧姆电阻的电阻值与半导体开关的开关状态有关。半导体开关的控制信号来自哪里、所述信号是如何产生的等等，在这里不感兴趣，也不是考虑的技术方案。唯一重要的是，半导体开关被驱控并且半桥或逆变器可以在导通和开路状态下被运行。为了设置中心抽头电压，半桥的中心抽头负载有负载支路，所述负载支路具有至少一个负载支路电阻。利用在半桥的中心抽头处的馈电电流源来映射馈线电流。
[0013]在电机子电路的情况下规定：所述电机子电路包括由用于映射馈线的馈线电阻，电机的绕组电感(L_m)和绕组电阻(R_m)组成的串联电路、以及在输出侧的EMF电压源和在输入侧的逆变器电压源，所述EMF电压源用于考虑电机中感应出的电动反电压，所述逆变器电压源用于设置中心抽头电压。
[0014]通过所描述的措施，电驱动器的模型被分解为两个子模型，所述子模型本身可以被单独模拟。在所述模型之间，必须交换耦合参量中心抽头电压和馈线电流。在逆变器的导通状态下，即在半桥的一个半导体开关闭合的情况下，物理的作用顺序规定，逆变器指定中心抽头电压且将其施加在电机上，并且电机的电气参数于是确定哪个馈线电流出现在电机相中并从而出现在相应的馈线上。这些电气接口参量必须在子模型之间交换，即必须告知电机子模型由逆变器产生哪个中心抽头电压，并且必须告知逆变器子电路哪个馈线电流出现在电机子模型中，因为该馈线电流当然也必须流经逆变器子电路的中心抽头。
[0015]总的来说，可以单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于借助于硬件在环模拟器(3)的至少一个计算单元来模拟电驱动器的计算机实现的方法(1)，其中，电驱动器的模型(2)包括由直流电压源(6)馈电的逆变器(7)和电动机(11)，所述逆变器具有至少一个具有至少两个半导体开关(9a、9b)的半桥(8)，所述电动机具有电气的绕组电阻(R_m)和绕组电感(L_m)，具有半桥(8)的中心抽头电压(u_inv)的中心抽头(12)借助于具有馈线电流(i_inv，i_line)的馈线(13)与电动机(11)的电机接头连接，并且通过操作半导体开关(9a、9b)，要么在一个半导体开关(9a、9b)打开时在逆变器(7)的导通状态下电机接头能与直流电压源(6)的电气电势连接，要么在至少两个半导体开关(9a、9b)打开时在逆变器(7)的开路状态下电机接头能在电势方面断开，其特征在于，将所述电驱动器的模型(2)分为逆变器子电路(14)和电机子电路(15)，所述逆变器子电路和电机子电路仅通过电气的耦合参量、即中心抽头电压(u_inv、u_inv(k)、u_inv(k
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1))和馈线电流(i_inv、i_line)在数值上相互耦合,逆变器子电路(14)的半导体开关(9a、9b)由欧姆电阻(R1、R2)表示，所述欧姆电阻的电阻值(Ron、Roff)与半导体开关(9a、9b)的开关状态有关，其中，半桥(8)的中心抽头(12)负载有负载支路(16)，所述负载支路具有至少一个负载支路电阻(R_s)以用于设置中心抽头电压(u_inv)，利用在半桥(8)的中心抽头(12)处的馈电电流源(17)将馈线电流(i_inv(k))映射到电机子电路(15)，电机子电路(15)包括：由用于映射馈线(13)的馈线电阻(R_line)，电机(11)的绕组电感(L_m)和绕组电阻(R_m)组成的串联电路、以及在输出侧的EMF电压源(18)和在输入侧的逆变器电压源(19)，所述EMF电压源用于考虑电机(11)中感应出的电动反电压(u_emf)，所述逆变器电压源用于设置中心抽头电压u_inv(k
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1)，逆变器子电路(14)和电机子电路(15)分别在使用隐式数值积分方法的情况下进行单独模拟，通过在数值积分方法的至少一个计算步长的范围中插入死区时间(z^
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1)来解决在逆变器子电路(14)和电机子电路(15)之间的代数环，以及在模拟的运行期间，当在逆变器(7)的导通状态和开路状态之间切换时，通过对逆变器子电路(14)中的负载支路(16)的负载支路电阻(R_s)的值和电机子电路(15)中的馈线电阻(R_line)的值进行参数转换来稳定所述模拟。2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，选择积分方法的计算步长，使所述计算步长小于在逆变器(7)的导通状态下馈线电流(i_inv)的特征值的倒数、特别是比在逆变器(7)的导通状态下的馈线电流(i_inv)的特征值的倒数小一个数量级。3.根据权利要求1或2所述的方法(1)，其特征在于，在所述逆变器(7)的导通状态下，如下选择逆变器子电路(14)中的负载支路电阻(R_s)的值和电机子电路(15)中的馈线电阻(R_line)的值，使得负载支路电阻(R_s)的值超过馈线电阻(R_line)的值至少三个数量级...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：德斯拜思有限公司，
类型：发明
国别省市：