一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：處理器模塊、輸入輸出轉換模塊、以及實物控制器；所述處理器模塊用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學模型；所述處理器模塊至少用于通過并行的方式模擬逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少用于通過串行的方式模擬供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型?？芍景l(fā)明為了平衡整個系統(tǒng)的程序復雜度和仿真精度，因此將計算延時通常情況下要求較低的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型通過串行的方式模擬，而將計算延時通常情況下要求較高的逆變器和交流電機的數(shù)學模型通過并行的方式模擬。從而既能夠提高整個系統(tǒng)的仿真精度，又不會使得程序的復雜性過高而導致易用性差。
【專利說明】一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子系統(tǒng)領域，尤其是涉及一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在電力電子系統(tǒng)的分析和設計中，計算機仿真技術由于其良好的可重復性和安全性得到了廣泛的應用。半實物仿真是指在仿真系統(tǒng)中接入部分實物，是所有仿真中置信度最高的一種仿真方法。其中，在半實物仿真系統(tǒng)中采用實物控制器控制虛擬的被控對象，能夠用于控制器設計與測試，將該技術應用在電力電子系統(tǒng)設計過程不但有利于設計綜合性能較優(yōu)的控制器，而且可以有效的減少費時費力的實驗研究，從而節(jié)約開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。
[0003]城軌牽引系統(tǒng)作為電力電子系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用，也需要半實物仿真系統(tǒng)以實現(xiàn)對控制器的設計和測試。如圖1所示，現(xiàn)有的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)包括CPU板、I / O板和實物控制器。其中，CPU板用來模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學模型。并且CPU板通過I / O板讀入實物控制器的控制信號，根據(jù)主電路的數(shù)學模型解算出輸出信號，通過I / O板將輸出信號發(fā)送至實物控制器，從而能夠根據(jù)反饋給實物控制器的輸出信號實現(xiàn)對整個仿真系統(tǒng)的測試。在這種仿真系統(tǒng)中，CPU板采用的是X86或者POWER
PC架構的串行處理器板，而這種串行處理器板的處理速度比較低，因此在根據(jù)數(shù)學模型解算輸出信號時，解算步長比較長，在現(xiàn)有技術中一般最快也只能為25微秒，導致了計算的延時比較長，從而降低了整個系統(tǒng)的仿真精度。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)，提高整個仿真系統(tǒng)的仿真精度，從而能夠更準確的驗證實物控制器。
[0005]為此，本發(fā)明解決技術問題的技術方案是:
[0006]本發(fā)明提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)，所述半實物仿真系統(tǒng)包括:處理器模塊、輸入輸出轉換模塊、以及實物控制器；
[0007]所述處理器模塊用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型；
[0008]其中，所述處理器模塊至少用于通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少用于通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型；
[0009]所述輸入輸出轉換模塊與所述處理器模塊通過總線連接，所述輸入輸出轉換模塊還與所述實物控制器通過電信號連接。
[0010]優(yōu)選地，所述輸入輸出轉換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至所述處理器模塊，以及用于將處理器模塊通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉換成電信號后，發(fā)送至所述實物控制器；[0011]所述處理器模塊用于接收所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送的控制信號，并根據(jù)所述處理器模塊模擬的數(shù)學模型解算出輸出信號，將解算出的輸出信號通過所述輸入輸出轉換模塊輸出至實物控制器。
[0012]優(yōu)選地，所述處理器模塊為一個處理器，該處理器具有串行和并行兩種數(shù)據(jù)處理方式。
[0013]優(yōu)選地，所述處理器模塊包括串行處理器和并行處理器；
[0014]其中，所述并行處理器至少用于模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，所述串行處理器至少用于模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。
[0015]優(yōu)選地，所述輸入輸出轉換模塊與所述串行處理器和所述并行處理器通過總線連接；
[0016]所述輸入輸出轉換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至所述串行處理器和所述并行處理器，以及用于將所述串行處理器和所述并行處理器通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉換成電信號后發(fā)送至所述實物控制器；
[0017]所述串行處理器用于接收并行處理器輸出至串行處理器的輸出信號和/或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至串行處理器的控制信號，并根據(jù)所述串行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述并行處理器和/或通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至所述實物控制器；
[0018]所述并行處理器用于接收串行處理器輸出至并行處理器的輸出信號和/或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至并行處理器的控制信號，并根據(jù)所述并行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述串行處理器和/或通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至所述實物控制器。
[0019]優(yōu)選地，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱和線路電抗器的數(shù)學模型；
[0020]所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
[0021]優(yōu)選地，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路和支撐電容的數(shù)學模型；
[0022]所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
[0023]優(yōu)選地，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容和負載的數(shù)學模型；
[0024]所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器和交流電機的數(shù)學模型。
[0025]優(yōu)選地，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型；
[0026]所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
[0027]本發(fā)明還提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法，包括:[0028]接收實物控制器輸出的控制信號，根據(jù)城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型，解算出輸出信號；
[0029]將解算出的輸出信號發(fā)送至所述實物控制器；
[0030]其中，至少通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型通過上述技術方案可知，本發(fā)明中不再只采用串行處理器板模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學模型，而是通過處理器模塊，并且處理器模塊至少通過并行的方式模擬逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少通過串行的方式模擬供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。由于并行的方式處理速度較快，因此在根據(jù)數(shù)學模型解算輸出信號時，解算步長較短，能夠達到10納秒級別，因此計算的延時短，從而能夠提高整個系統(tǒng)的仿真精度。但是由于并行的方式會使得程序復雜度較高，為了平衡整個系統(tǒng)的程序復雜度和仿真精度，因此將計算延時通常情況下要求較低的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型通過處理速度較低但是程序復雜度較低的串行的方式模擬，而將計算延時通常情況下要求較高的逆變器和交流電機的數(shù)學模型通過處理速度較高的并行的方式模擬。從而既能夠提高整個系統(tǒng)的仿真精度，又不會使得程序的復雜性過高而導致易用性差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為現(xiàn)有技術的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)的結構示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明提供的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)的具體實施例的結構示意圖；
[0033]圖3為圖2所示的實施例中的第一種數(shù)學模型劃分方式；
[0034]圖4為圖2所示的實施例中的第二種數(shù)學模型劃分方式；
[0035]圖5為圖2所示的實施例中的第三種數(shù)學模型劃分方式；
[0036]圖6為圖2所示的實施例中的第四種數(shù)學模型劃分方式；
[0037]圖7為本發(fā)明提供的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法的具體實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0038]圖1為一種現(xiàn)有的城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)，包括CPU板、I / O板和實物控制器。
[0039]其中，實物控制器是城軌牽引系統(tǒng)的控制器，一般稱為D⑶(Drive ControlUnit,傳動控制單元)或者TCU (Traction Control Unit,牽引控制單元),其核心任務是根據(jù)司機指令完成對牽引逆變器暨交流異步牽引電動機的實時控制和粘著控制。實物控制器同時還可以具備完整的故障保護功能、模塊級的故障自診斷功能和輕微故障的自復位功倉泛。
[0040]CPU板用來模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學模型。CPU板指的是包括了至少一個處理器的電路板。
[0041]在現(xiàn)有技術中，CPU板通過I / O板讀入實物控制器的控制信號，根據(jù)主電路的數(shù)學模型解算出輸出信號，再通過I / O板將輸出信號發(fā)送至實物控制器，從而能夠根據(jù)反饋給實物控制器的輸出信號實現(xiàn)對整個仿真系統(tǒng)的測試。在這種仿真系統(tǒng)中，CPU板采用的是X86或者POWER PC架構的串行處理器板，而這種串行處理器板的處理速度比較低，因此在根據(jù)數(shù)學模型解算輸出信號時，解算步長比較長，在現(xiàn)有技術中一般最快也只能為25微秒，導致了計算的延時比較長，從而降低了整個系統(tǒng)的仿真精度。
[0042]而在本發(fā)明實施例中，提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法和系統(tǒng)，以實現(xiàn)提高整個仿真系統(tǒng)的仿真精度，從而能夠更準確的驗證實物控制器。
[0043]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述。
[0044]請參閱圖2，本發(fā)明提供了城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)的具體實施例。在本實施例中，所述半實物仿真系統(tǒng)包括:處理器模塊201、輸入輸出轉換模塊202、以及實物控制器 203。
[0045]處理器模塊201用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源2041、高壓電氣箱2042、線路電抗器2043、斬波回路2044、支撐電容2045、逆變器2046、交流電機2047和負載2048的數(shù)學模型。
[0046]其中，所述處理器模塊201至少用于通過并行的方式模擬所述逆變器2046和交流電機2047的數(shù)學模型，以及至少用于通過串行的方式模擬所述供電電源2041和高壓電氣箱2042的數(shù)學模型。而線路電抗器2043、斬波回路2044、支撐電容2045和負載2048的數(shù)學模型中的任一個數(shù)學模型，可以通過串行的方式模擬，也可以通過并行的方式模擬。
[0047]輸入輸出轉換模塊202與處理器模塊201通過總線連接，因此，輸入輸出轉換模塊202能夠通過總線的方式與處理器模塊201交互數(shù)據(jù)，輸入輸出轉換模塊202還與實物控制器203通過電信號連接，因此,輸入輸出轉換模塊202能夠通過電信號傳輸?shù)姆绞脚c實物控制器203交互數(shù)據(jù)。其中，電信號包括數(shù)字電信號和模擬電信號。實際上，輸入輸出轉換模塊202用于將實物控制器203發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至處理器模塊201，輸入輸出轉換模塊202還用于將處理器模塊201通過總線傳輸過來的反饋信號從通訊信號轉換成電信號后，發(fā)送至實物控制器203。
[0048]本實施例中的半實物仿真系統(tǒng)在工作時，由實物控制器203通過輸入輸出轉換模塊202向處理器模塊201發(fā)送控制信號，處理器模塊201用于接收實物控制器203通過輸入輸出轉換模塊202發(fā)送的控制信號，并根據(jù)處理器模塊201模擬的數(shù)學模型解算出輸出信號，將解算出的輸出信號通過輸入輸出轉換模塊202輸出至實物控制器203。從而能夠根據(jù)實物控制器203接收到的信號，實現(xiàn)對整個半實物仿真系統(tǒng)的測試。
[0049]通過上述技術方案可知，本發(fā)明中不再只采用串行處理器板模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路的數(shù)學模型，而是通過處理器模塊201，并且處理器模塊201至少通過并行的方式模擬逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少通過串行的方式模擬供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。由于并行的方式處理速度較快，因此在根據(jù)數(shù)學模型解算輸出信號時，解算步長較短，能夠達到10納秒級別，因此計算的延時短，從而能夠提高整個系統(tǒng)的仿真精度。
[0050]但是由于并行處理器板的程序復雜度較高，如果主電路中的所有數(shù)學模型都由并行處理器板實現(xiàn)的，整個系統(tǒng)的程序復雜度會很高，降低了整個系統(tǒng)的易用性。因此，發(fā)明人經實驗發(fā)現(xiàn)，在主電路中，通常情況下，逆變器和交流電機之間的數(shù)據(jù)交互速度要求比較高，因此對計算的延時要求較高，而供電電源和高壓電氣箱之間的數(shù)據(jù)交互速度要求比較低，因此對計算的延時要求較低，因此，本實施例中為了平衡整個系統(tǒng)的程序復雜度和仿真精度，將計算延時通常情況下要求較低的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型由處理速度較低，但是程序復雜度較低的串行的方式模擬，而將計算延時通常情況下要求較高的逆變器和交流電機的數(shù)學模型由處理速度較高的并行的方式模擬。從而既能夠提高整個系統(tǒng)的仿真精度，又不會使得程序的復雜性過高而導致易用性差。
[0051]本實施例中的處理器模塊201可以為一個處理器，此時該處理器具有串行和并行兩種數(shù)據(jù)處理方式。處理器模塊也可以包括串行處理器和并行處理器。其中，并行處理器至少用于模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，串行處理器至少用于模擬供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。串行處理器為采用串行方式進行數(shù)據(jù)處理的處理器，具體可以為X86類型、ARM類型、或者POWER PC類型的處理器。而并行處理器為采用并行方式進行數(shù)據(jù)處理的處理器，具體可以為FPGA。
[0052]在本實施例中，處理器模塊201可以包括串行處理器和并行處理器。此時，輸入輸出轉換模塊202用于將實物控制器203發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至所述串行處理器和所述并行處理器，以及用于將所述串行處理器和所述并行處理器通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉換成電信號后發(fā)送至所述實物控制器。
[0053]所述串行處理器用于接收并行處理器輸出至串行處理器的輸出信號和/或實物控制器203通過輸入輸出轉換模塊202發(fā)送至串行處理器的控制信號，作為串行處理器的輸入信號，并根據(jù)所述串行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述并行處理器和/或通過輸入輸出轉換模塊202發(fā)送至實物控制器203。
[0054]所述并行處理器用于接收串行處理器輸出至并行處理器的輸出信號和/或實物控制器203通過輸入輸出轉換模塊202發(fā)送至并行處理器的控制信號，作為并行處理器的輸入信號，并根據(jù)所述并行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述串行處理器和/或通過輸入輸出轉換模塊202發(fā)送至實物控制器203。
[0055]從而能夠根據(jù)實物控制器203接收到的信號，實現(xiàn)對整個半實物仿真系統(tǒng)的測試。
[0056]本實施例中的處理器模塊201和輸入輸出轉換模塊均可以設置在電路板上。例如，處理器模塊設置在電路板上，作為處理器板。當處理器模塊包括串行處理器和并行處理器時，串行處理器可以設置在電路板上，作為串行處理器板(例如CPU板)，并行處理器可以設置在電路板上，作為并行處理器板(例如FPGA板)。而輸入輸出轉換模塊可以設置在處理器板上，也可以為單獨的I / O板。
[0057]本實施例中的輸入輸出轉換模塊202在物理上可以由多塊I / O板組成。例如，當處理器模塊201包括串行處理器和并行處理器時,輸入輸出轉換模塊202具體為第一 I /O板和第二 I / O板。其中，所述第一 I / O板與串行處理器通過總線連接，還與實物控制器203通過電信號連接。因此，第一 I / O板能夠將串行處理器輸出的通訊信號轉換成電信號后輸出至實物控制器203，并且還能夠將實物控制器203輸出的電信號轉換成通訊信號后，通過總線方式輸出至串行處理器。所述第二I / O板與并行處理器通過總線連接，還與實物控制器203通過電信號連接。因此，第二 I / O板能夠將并行處理器輸出的通訊信號轉換成電信號后輸出至實物控制器203，并且還能夠將實物控制器203輸出的電信號轉換成通訊信號后，通過總線方式輸出至并行處理器。
[0058]本發(fā)明實施例中的處理器模塊201用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路。其中，城軌牽引系統(tǒng)的主電路包括以下幾個模塊:供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載。下面分別說明各個模塊的功能。
[0059]供電電源，與高壓電氣箱連接，用于給城軌牽引系統(tǒng)提供供電電源，一般為通過不控整流橋產生的6脈波或者12脈波整流的直流電源，通常為750V或者1500V的電源。
[0060]高壓電氣箱，與供電電源和線路電抗器連接，為線路電抗器等主電路模塊提供續(xù)流回路。高壓電氣箱還可以用于為逆變器供電，包括對逆變器的預充電和短接、差分電流監(jiān)測、以及高速短路保護等，并且還可以用于檢修時切斷網(wǎng)側電源及將支撐電容放電、和浪涌過電壓保護等。
[0061]高壓電氣箱具體可以包括主隔離開關，主斷路器，浪涌吸收器，充電接觸器，短接接觸器，充電電阻等。
[0062]線路電抗器，與高壓電氣箱和支撐電容連接，一般為電感。與支撐電容一起構成直流濾波回路，能夠降低直流電壓的脈動，濾除直流回路中的電流諧波。
[0063]支撐電容，與斬波回路、線路電抗器和逆變器連接，一般為電容。
[0064]斬波回路，與支撐電容連接，用于抑制直流電壓過高。一般包括斬波開關管和制動電阻，當直流電壓過高時，通過控制斬波開關管，使得能量通過制動電阻消耗，以降低直流電壓，還可以包括固定放電電阻。
[0065]逆變器,與支撐電容和交流電機相連，用于將支撐電容輸出的直流電轉換成交流電后輸出至交流電機。
[0066]交流電機，用于將電能轉換成機械能，一般為交流異步電機。
[0067]負載，用于模擬輪軌的負載變化。
[0068]其中，發(fā)明人經實驗發(fā)現(xiàn)，通常情況下，逆變器和交流電機之間的數(shù)據(jù)交互對處理速度要求比較高，因此對計算的延時要求較高，而供電電源和高壓電氣箱之間的數(shù)據(jù)交互對處理速度要求比較低，因此對計算的延時要求較低。因此，本發(fā)明實施例中，為了平衡整個系統(tǒng)的程序復雜度和仿真精度，將計算延時通常情況下要求較低的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型由處理速度較低，但是程序復雜度較低的串行的方式模擬，而將計算延時通常情況下要求較高的逆變器和交流電機的數(shù)學模型由處理速度較高的并行的方式模擬。基于該基本理論，現(xiàn)提供四種處理器模塊201串行方式模擬和并行方式模擬的劃分方式。
[0069]需要說明的是，在以下的說明過程中，以處理器模塊201包括串行處理器和并行處理器為例加以說明。但本發(fā)明對比并不做限定。
[0070]如圖3所示，串行方式模擬和并行方式模擬的第一種劃分方式是:串行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源2041、高壓電氣箱2042和線路電抗器2043的數(shù)學模型；并行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的斬波回路2044、支撐電容2045、逆變器2046、交流電機2047和負載2048的數(shù)學模型。
[0071]如圖3所示，各個數(shù)學模型在信息交互時，由供電電源2041的數(shù)學建模向高壓電氣箱2042的數(shù)學建模發(fā)送電壓信號，由高壓電氣箱2042的數(shù)學建模向供電電源2041的數(shù)學建模反饋電流信號，由高壓電氣箱2042的數(shù)學建模向線路電抗器2043的數(shù)學建模發(fā)送電壓信號，由線路電抗器2043的數(shù)學建模向高壓電氣箱2042的數(shù)學建模反饋電流信號，由線路電抗器2043的數(shù)學建模向支撐電容2045的數(shù)學建模發(fā)送電流信號，由支撐電容2045的數(shù)學建模向線路電抗器2043的數(shù)學建模反饋電壓信號，由支撐電容2045的數(shù)學建模向斬波回路2044的數(shù)學建模和逆變器2043的數(shù)學建模發(fā)送電壓信號，由斬波回路2044的數(shù)學建模向支撐電容2045的數(shù)學建模反饋電流信號，由逆變器2046的數(shù)學建模向支撐電容2045的數(shù)學建模反饋電流信號，由逆變器2046的數(shù)學建模向交流電機2047的數(shù)學建模發(fā)送電壓信號，由交流電機2047的數(shù)學建模向逆變器2046的數(shù)學建模反饋電流信號，由交流電機2047的數(shù)學建模向負載2048的數(shù)學建模發(fā)送轉矩信號，由負載2048的數(shù)學建模向交流電機2047的數(shù)學建模反饋轉速信號。
[0072]如圖4所示，數(shù)學模型的第二種劃分方式是:串行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源2041、高壓電氣箱2042、線路電抗器2043、斬波回路2044和支撐電容2045的數(shù)學模型；并行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器2046、交流電機2047和負載2048的數(shù)學模型。
[0073]如圖5所示，數(shù)學模型的第三種劃分方式是:串行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源2041、高壓電氣箱2042、線路電抗器2043、斬波回路2044、支撐電容2045和負載2048的數(shù)學模型；并行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器2046和交流電機2047的數(shù)學模型。
[0074]如圖6所示，數(shù)學模型的第四種劃分方式是:串行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源2041和高壓電氣箱2042的數(shù)學模型；并行處理器用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的線路電抗器2043、斬波回路2044、支撐電容2045、逆變器2046、交流電機2047和負載2048的數(shù)學模型。
[0075]本發(fā)明還提供了一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)的測試方法。
[0076]請參閱圖7，本發(fā)明還提供了城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法的具體實施例，在本實施例中，所述方法包括:
[0077]S 701:接收實物控制器輸出的控制信號，根據(jù)城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型，解算出輸出信號。
[0078]其中，控制信號可以為將實物控制器輸出的控制信號從電信號轉換成的通訊信號。
[0079]S 702:將解算出的輸出信號發(fā)送至所述實物控制器。
[0080]其中，至少通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。
[0081]本實施例中的方法的執(zhí)行主體為處理器模塊，由處理器模塊接收實物控制器輸出的控制信號，根據(jù)處理器模塊模擬的數(shù)學模型解算出輸出信號，將輸出的信號發(fā)送至實物控制器。其中，處理模塊可以是通過輸入輸出轉換模塊接收實物控制器輸出的控制信號，并且可以是通過輸入輸出轉換模塊向實物控制器發(fā)送解算出的輸出信號。輸入輸出轉換模塊與處理器模塊通過總線連接，并且與實物控制器通過電信號連接。
[0082]本實施例的相關之處請參見本發(fā)明提供的系統(tǒng)的具體實施例。
[0083]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述半實物仿真系統(tǒng)包括:處理器模塊、輸入輸出轉換模塊、以及實物控制器； 所述處理器模塊用于模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型； 其中，所述處理器模塊至少用于通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少用于通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型； 所述輸入輸出轉換模塊與所述處理器模塊通過總線連接，所述輸入輸出轉換模塊還與所述實物控制器通過電信號連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入輸出轉換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至所述處理器模塊，以及用于將處理器模塊通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉換成電信號后，發(fā)送至所述實物控制器； 所述處理器模塊用于接收所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送的控制信號，并根據(jù)所述處理器模塊模擬的數(shù)學模型解算出輸出信號，將解算出的輸出信號通過所述輸入輸出轉換模塊輸出至實物控制器。
3.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊為一個處理器，該處理器具有串行和并行兩種數(shù)據(jù)處理方式。
4.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊包括串行處理器和并行處理器； 其中，所述并行處理器至少用于模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，所述串行處理器至少用于模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。
5.根據(jù)權利要求4所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入輸出轉換模塊與所述串行處理器和所述并行處理器通過總線連接； 所述輸入輸出轉換模塊用于將實物控制器發(fā)送的控制信號從電信號轉換成通訊信號后，通過總線輸出至所述串行處理器和所述并行處理器，以及用于將所述串行處理器和所述并行處理器通過總線傳輸過來的輸出信號從通訊信號轉換成電信號后發(fā)送至所述實物控制器； 所述串行處理器用于接收并行處理器輸出至串行處理器的輸出信號和/或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至串行處理器的控制信號，并根據(jù)所述串行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述并行處理器和/或通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至所述實物控制器； 所述并行處理器用于接收串行處理器輸出至并行處理器的輸出信號和/或所述實物控制器通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至并行處理器的控制信號，并根據(jù)所述并行處理器模擬的數(shù)學模型解算輸出信號，將解算出的輸出信號輸出至所述串行處理器和/或通過所述輸入輸出轉換模塊發(fā)送至所述實物控制器。
6.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱和線路電抗器的數(shù)學模型； 所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
7.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路和支撐電容的數(shù)學模型； 所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
8.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容和負載的數(shù)學模型； 所述處理器模塊用于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的逆變器和交流電機的數(shù)學模型。
9.根據(jù)權利要求1所述的半實物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器模塊用于通過串行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型； 所述處理器模塊用 于通過并行的方式模擬城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型。
10.一種城軌牽引系統(tǒng)的半實物仿真方法，其特征在于，包括: 接收實物控制器輸出的控制信號，根據(jù)城軌牽引系統(tǒng)的主電路中的供電電源、高壓電氣箱、線路電抗器、斬波回路、支撐電容、逆變器、交流電機和負載的數(shù)學模型，解算出輸出信號; 將解算出的輸出信號發(fā)送至所述實物控制器； 其中，至少通過并行的方式模擬所述逆變器和交流電機的數(shù)學模型，以及至少通過串行的方式模擬所述供電電源和高壓電氣箱的數(shù)學模型。
【文檔編號】G05B17/02GK103472734SQ201310428526
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】王堅, 許為, 徐立恩, 張宇, 譚娟, 應婷 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司