一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括實(shí)物控制單元，其中包括軋機(jī)傳動系統(tǒng)的控制器，輸出控制信號；實(shí)時(shí)仿真單元，其中包括實(shí)時(shí)仿真器，運(yùn)行有軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路模型，并通過相應(yīng)的信號接口收發(fā)電氣信號，以進(jìn)行模擬仿真計(jì)算；信號轉(zhuǎn)換單元，其連接在實(shí)物控制單元與實(shí)時(shí)仿真單元之間，用于將實(shí)物控制單元輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)仿真單元能夠接收的電氣信號，提供給實(shí)時(shí)仿真單元，以及用于將實(shí)時(shí)仿真單元輸出的模擬仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為實(shí)際工作信號，提供給實(shí)物控制單元，從而實(shí)現(xiàn)對軋機(jī)傳動系統(tǒng)控制器的仿真測試。
【專利說明】一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿真控制技術(shù)，尤其是一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]冶金軋機(jī)傳動工況具有負(fù)載突變嚴(yán)重、過載倍數(shù)高、響應(yīng)速度和可靠性要求非常高的特點(diǎn)。為了確保傳動系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，冶金軋機(jī)控制器的開發(fā)必須基于嚴(yán)格的試驗(yàn)基礎(chǔ)。對此，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用以下兩種方式對冶金軋機(jī)控制器進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證:
[0003]1、在真實(shí)的軋制生產(chǎn)線上進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證；
[0004]2、采用工程對象電機(jī)對力的方法確定控制模型和響應(yīng)能力是否符合要求。
[0005]在真實(shí)的軋制生產(chǎn)線上進(jìn)行研究驗(yàn)證的方法不僅投資巨大，而且試驗(yàn)中還面臨其他冶金設(shè)備的損耗，具有一定的危險(xiǎn)性，并且驗(yàn)證機(jī)會少，使用效率低。為了克服上述弊端，許多研究機(jī)構(gòu)和公司采用工程對象電機(jī)對力的方法確定控制模型和響應(yīng)能力是否符合要求。即，借助較小功率電機(jī)等效模擬大功率冶金軋機(jī)電機(jī)來研究軋機(jī)的工作特性。然而該方法僅考慮了控制響應(yīng)，缺乏對軋制過程、軋制工藝的模擬，且電機(jī)參數(shù)存在諸多不確定因素，因此最終獲得的結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度并不理想。
[0006]如何充分考慮冶金軋機(jī)系統(tǒng)參數(shù)和工作特性，搭建一套準(zhǔn)確、廉價(jià)的仿真測試平臺，對交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)測試，一直是相關(guān)技術(shù)人員致力解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明提出的交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其包括:
[0009]實(shí)物控制單元，其中包括所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的控制器，所述控制器輸出控制信號;
[0010]實(shí)時(shí)仿真單元，其中包括實(shí)時(shí)仿真器，所述實(shí)時(shí)仿真器中運(yùn)行有所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路模型，并通過相應(yīng)的信號接口收發(fā)電氣信號，以進(jìn)行模擬仿真計(jì)算；
[0011]信號轉(zhuǎn)換單元，其連接在所述實(shí)物控制單元與實(shí)時(shí)仿真單元之間，用于將所述實(shí)物控制單元輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為所述實(shí)時(shí)仿真單元能夠接收的電氣信號，提供給所述實(shí)時(shí)仿真單元，以及用于將所述實(shí)時(shí)仿真單元輸出的模擬仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為實(shí)際工作信號，提供給所述實(shí)物控制單元，從而實(shí)現(xiàn)對所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)控制器的仿真測試。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路模型可以包括:
[0013]組合模型一，其由整流側(cè)的供電電源、斷路器、整流變壓器、主機(jī)整流器和主機(jī)勵磁回路的模型組合而成；
[0014]組合模型二，其由整流側(cè)的充電回路、從機(jī)整流器、中間回路和從機(jī)勵磁回路的模型組合而成；
[0015]組合模型三，其由主機(jī)逆變器側(cè)的主機(jī)斬波回路、主機(jī)逆變器、主機(jī)和主機(jī)速度傳感器的模型組合而成；
[0016]組合模型四，其由從機(jī)逆變器側(cè)的從機(jī)斬波回路、從機(jī)逆變器、從機(jī)和從機(jī)速度傳感器的模型組合而成。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上述實(shí)時(shí)仿真器可以由若干串行處理板構(gòu)成，每一所述串行處理板上運(yùn)行一所述組合模型。
[0018]進(jìn)一步地，每一所述串行處理板通過所述信號轉(zhuǎn)換單元接收所述實(shí)物控制單元發(fā)出的控制信號，同時(shí)通過數(shù)據(jù)總線接收其他所述串行處理板輸出的電氣信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的組合模型計(jì)算并輸出相應(yīng)的模擬仿真結(jié)果。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，上述實(shí)時(shí)仿真器可以由若干串行處理板和若干并行處理板構(gòu)成，每一所述串行處理板和一所述并行處理板構(gòu)成一功能單元組，共同運(yùn)行一所述組合模型。
[0020]進(jìn)一步地，在所述組合模型一中，所述供電電源、斷路器、整流變壓器和主機(jī)勵磁回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述主機(jī)整流器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上；
[0021]在所述組合模型二中，所述充電回路、中間回路和從機(jī)勵磁回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述從機(jī)整流器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上；
[0022]在所述組合模型三中，所述主機(jī)斬波回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述主機(jī)逆變器、主機(jī)和主機(jī)速度傳感器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上；
[0023]在所述組合模型四中，所述從機(jī)斬波回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述從機(jī)逆變器、從機(jī)和從機(jī)速度傳感器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，每一所述功能單元組中:
[0025]所述串行處理板接收同組并行處理板的輸出信號，并接收其他功能單元組的串行處理板的輸出信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的仿真模型計(jì)算得到本串行處理板的輸出信號，該輸出信號作為模擬仿真結(jié)果傳遞給同組并行處理板，由同組并行處理板輸出給所述信號轉(zhuǎn)換單元；
[0026]所述并行處理板通過所述信號轉(zhuǎn)換單元接收所述實(shí)物控制單元輸出的控制信號，并接收同組串行處理板的輸出信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的仿真模型計(jì)算得到本并行處理板的輸出信號，該輸出信號傳遞給同組串行處理器或者作為模擬仿真結(jié)果輸出給所述信號轉(zhuǎn)換單元。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0028]1、本發(fā)明提供的交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)為變流控制器的調(diào)試與測試構(gòu)建出虛擬現(xiàn)場的運(yùn)行環(huán)境，完全滿足交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)產(chǎn)品調(diào)試、測試中各項(xiàng)功能與性能的要求，大大降低了交直交冶金軋機(jī)傳動控制器產(chǎn)品開發(fā)對試驗(yàn)資源的依賴程度。特別是能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中針對傳動系統(tǒng)性能采用的測試方法成本偏高，不具備實(shí)時(shí)性的問題
[0029]2、本發(fā)明提供的交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)為軋機(jī)傳動系統(tǒng)產(chǎn)品的分析、設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供有效的手段和工具，為售前方案、售后調(diào)試提供有力的數(shù)據(jù)支撐，并達(dá)到了快速響應(yīng)市場需求、準(zhǔn)確定位電傳動系統(tǒng)特點(diǎn)的目的。
[0030]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0032]圖1是本發(fā)明提出的半實(shí)物仿真系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3是圖2所示主電路中各功能模塊之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系的示意圖；
[0035]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中帶有采用串行模式構(gòu)建的實(shí)時(shí)仿真器的半實(shí)物仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0036]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中帶有采用串行+并行模式構(gòu)建的實(shí)時(shí)仿真器的半實(shí)物仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖6是圖5所示的半實(shí)物仿真系統(tǒng)的具體架構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明提出的交直交軋機(jī)主傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)采用實(shí)際控制器+虛擬仿真對象=硬件在回路(HIL)仿真系統(tǒng)的模式構(gòu)建，用于冶金軋機(jī)主傳動控制器軟件硬件的設(shè)計(jì)和測試，能夠有效節(jié)約試驗(yàn)成本和縮短開發(fā)周期。
[0039]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0040]如圖1所示，是本發(fā)明提出的交直交軋機(jī)主傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的組成示意圖。該半實(shí)物仿真系統(tǒng)包括了實(shí)時(shí)仿真單元100、實(shí)物控制單元200和信號轉(zhuǎn)換單元300。
[0041]實(shí)時(shí)仿真單元100中運(yùn)行虛擬的仿真模型，用于模擬冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路。在具體實(shí)施時(shí)，實(shí)時(shí)仿真單元100可以進(jìn)一步細(xì)分為實(shí)時(shí)仿真器110和用于建立修改模型、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)的上位機(jī)120。其中，實(shí)時(shí)仿真器110內(nèi)運(yùn)行了主電路相關(guān)對象的實(shí)時(shí)仿真模型，并通過自帶的10接口收發(fā)相關(guān)的電氣信號。
[0042]實(shí)物控制單元200為真實(shí)的軋機(jī)主傳動控制器，根據(jù)指令發(fā)出相應(yīng)的控制指令，以對冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在本實(shí)施例中，實(shí)物控制單元200包括了控制盤和實(shí)物控制器(圖中未示出)。對于變流器系統(tǒng)而言，用戶可以通過控制盤面板來控制變流器系統(tǒng)啟/停、設(shè)定運(yùn)行頻率、查詢變流系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，修改變流系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)等。例如，通過控制盤自帶的RS485接口，采用串行通信的方式，使用Modbus RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)對變流器系統(tǒng)的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速和實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括電機(jī)的啟動、停止及速度等。而冶金軋機(jī)主傳動系統(tǒng)主電路的控制器的核心任務(wù)是根據(jù)指令完成對變流器、電勵磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)還具備整體的故障保護(hù)功能、模塊級的故障自診斷功能和輕微故障的自復(fù)位功能。
[0043]信號轉(zhuǎn)換單元300連接在實(shí)時(shí)仿真單元100與實(shí)物控制單元200之間，用于負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)仿真單元100與實(shí)物控制單元200之間的數(shù)據(jù)交互。由于實(shí)時(shí)仿真單元100中的實(shí)時(shí)仿真器110通過自帶的10接口收發(fā)的電氣信號等級較低:一般數(shù)字信號為5V電平，模擬信號為-10V?10V的模擬電壓，其與實(shí)物控制單元200中的實(shí)物控制器通過自帶的10接口收發(fā)的電氣信號不對等。因此本發(fā)明設(shè)置了信號轉(zhuǎn)換單元300用于二者之間的電氣轉(zhuǎn)換。在本實(shí)施例中，信號轉(zhuǎn)換單元300可以包括以下四個(gè)部分:24V/5V轉(zhuǎn)換、5V/15V轉(zhuǎn)換、U/I轉(zhuǎn)換、電壓放大轉(zhuǎn)換(圖中未示出)。
[0044]24V/5V轉(zhuǎn)換:用于將實(shí)物控制單元輸出的24V脈沖信號轉(zhuǎn)換為5V脈沖信號輸入到實(shí)時(shí)仿真單元中；同時(shí)將實(shí)時(shí)仿真單元輸出的5V IGBT單管故障信號轉(zhuǎn)換為24V電平信號輸入到實(shí)物控制單元中。
[0045]5V/15V轉(zhuǎn)換:用于將實(shí)時(shí)仿真單元輸出的電機(jī)速度信息相關(guān)的5V脈沖信號以及位置信息相關(guān)的5V脈沖信號轉(zhuǎn)換為15V模擬信號輸入到實(shí)物控制單元中。
[0046]U/I轉(zhuǎn)換:將實(shí)時(shí)仿真單元輸出的-10V?10V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為_600mA?600mA的模擬電流信號輸入到實(shí)物控制單元中。
[0047]電壓放大轉(zhuǎn)換:將實(shí)時(shí)仿真單元輸出的-10V?10V的電網(wǎng)電壓同步信號轉(zhuǎn)換為-30V?30V的模擬電壓信號輸入到實(shí)物控制單元中。
[0048]如圖2所示，在本實(shí)施例中，冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)主電路可以按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能作用劃分為以下十一個(gè)部分:
[0049]供電電源，為傳動系統(tǒng)提供工作電源，一般為10kV 50Hz高壓交流電網(wǎng)。
[0050]斷路器，根據(jù)指令完成斷路器動作。
[0051 ] 充電回路，根據(jù)充電指令對支撐電容進(jìn)行充電。
[0052]整流變壓器，通常為雙繞組整流變壓器并在輸出端配置有濾波電感，能夠按照一定比例將高壓的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為3160V以下的交流電源輸出。
[0053]兩套整流器1、2，將整流變壓器提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出。
[0054]中間回路，主要包含支撐電容，與線路電抗器(圖中未示出)一起構(gòu)成直流濾波回路，用于濾除直流回路中的電流諧波。
[0055]兩套逆變器1、2，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，分別為同步電機(jī)(主機(jī)、從機(jī))提供交流電。
[0056]兩套斬波回路1、2，均由斬波開關(guān)管和制動電阻組成，用于防止直流電壓過高。當(dāng)直流電壓過關(guān)時(shí)開通斬波管，使能量消耗到制動電阻上，以降低直流電壓。
[0057]兩套勵磁回路1、2，分別為同步電機(jī)(主機(jī)、從機(jī))提供勵磁電源。
[0058]兩套電勵磁同步電機(jī)1、2，分別為上下輥兩套電機(jī)及其對應(yīng)負(fù)載，簡稱主機(jī)、從機(jī)。
[0059]兩套速度傳感器1、2，分別為控制器提供主機(jī)、從機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0060]上述主電路中，服務(wù)于主機(jī)的整流器1、逆變器1、斬波回路1、勵磁回路1和速度傳感器1也稱為主機(jī)整流器、主機(jī)逆變器、主機(jī)斬波回路、主機(jī)勵磁回路和主機(jī)速度傳感器；服務(wù)于從機(jī)的整流器2、逆變器2、斬波回路2、勵磁回路2和速度傳感器2也稱為從機(jī)整流器、從機(jī)逆變器、從機(jī)斬波回路、從機(jī)勵磁回路和從機(jī)速度傳感器。
[0061]圖3是圖2所示主電路中各功能模塊之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系的示意圖。
[0062]在本實(shí)施例中，優(yōu)選高性能的處理器構(gòu)建實(shí)時(shí)仿真單元中的實(shí)時(shí)仿真器，加載并運(yùn)行上述電路的數(shù)學(xué)模型完成仿真計(jì)算。這種方式能夠全面支持Simulink模型庫建模并實(shí)現(xiàn)無縫下載，仿真調(diào)試及監(jiān)控均十分方便靈活。具體工作原理如下:
[0063]處理器從信號轉(zhuǎn)換單元接收實(shí)物控制單元輸出的控制信號，根據(jù)主電路的數(shù)學(xué)模型解算并輸出相應(yīng)的反饋信號，再通過信號轉(zhuǎn)換單元將反饋信號發(fā)送給實(shí)物控制單元，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真測試。
[0064]通常情況下，對于程序復(fù)雜度較低的模型和建模靈活度要求高的模型優(yōu)選采用串行的處理方式模擬，而對于計(jì)算延時(shí)要求較高的模型則優(yōu)選采用處理速度較高的并行方式模擬。相應(yīng)地在具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)仿真的精度要求從以下兩種形式中選擇一種構(gòu)建實(shí)時(shí)仿真器。
[0065]1、全串行處理模式
[0066]如圖4所示，可以采用四塊X86或者POWER PC架構(gòu)的串行處理板構(gòu)建實(shí)時(shí)仿真器來進(jìn)行半實(shí)物仿真。對此，主電路的模型根據(jù)輸入輸出關(guān)系被拆分成四個(gè)部分，分別運(yùn)行于這四塊串行處理板上。
[0067]在這種情況下，實(shí)時(shí)仿真器的工作原理是:四塊串行處理板之間通過PHS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。每一個(gè)串行處理板通過信號轉(zhuǎn)換單元接收實(shí)物控制單元輸出的控制信號，并結(jié)合其他串行處理板的輸出信號，作為本串行處理板的輸入，然后根據(jù)內(nèi)置的仿真模型計(jì)算得到本串行處理板的輸出信號，然后將該輸出信號通過信號轉(zhuǎn)換單元傳送給實(shí)物控制單元，從而完成硬件在回路閉環(huán)驗(yàn)證。
[0068]在本實(shí)施例中，按照以下方式對四塊串行處理板的功能進(jìn)行分配，以便更好的運(yùn)行各種不同的冶金軋機(jī)主傳動系統(tǒng)。
[0069]串行處理板1，用于整流側(cè)的供電電源、斷路器、整流變壓器、整流器I和勵磁回路I的模型計(jì)算；
[0070]串行處理板2，用于整流側(cè)的充電回路、整流器2、中間回路和勵磁回路2的模型計(jì)算；
[0071]串行處理板3，用于主機(jī)逆變器側(cè)的斬波回路1、逆變器1、電勵磁同步電機(jī)I和速度傳感器I的模型計(jì)算；
[0072]串行處理板4，用于從機(jī)逆變器側(cè)的斬波回路2、逆變器2、電勵磁同步電機(jī)2和速度傳感器2的模型計(jì)算。
[0073]假設(shè)在這種串行處理模式下器件開關(guān)頻率FPWM = 500Hz,串行處理板的計(jì)算步長為20 μ S，那么脈沖采樣平均誤差為:
[0074]Errl = FPWMX20 X 10-6X100% = 1%
[0075]由于串行處理器通常成本比并行處理器低，同時(shí)串行處理器具有建模靈活，編譯方便的優(yōu)勢，因此這種實(shí)時(shí)仿真器成本低且開發(fā)周期快。但是由于串行處理能力有限，現(xiàn)有技術(shù)串行處理器的計(jì)算步長一般最快為20 μ S，因此這種模式更適用于擁有模擬開關(guān)頻率器件和數(shù)據(jù)交互處理速度要求不高的系統(tǒng)。
[0076]2、串行+并行處理模式
[0077]如圖5、圖6所示，可以采用四塊串行處理板和四塊并行處理板構(gòu)建實(shí)時(shí)仿真器來進(jìn)行半實(shí)物仿真。對此，主電路的模型根據(jù)輸入輸出關(guān)系被拆分成四個(gè)部分，分別運(yùn)行于這四塊串行處理板和四塊并行處理板上。
[0078]在這種情況下，實(shí)時(shí)仿真器的工作原理是:四塊串行處理板和四塊并行處理板構(gòu)成四個(gè)功能單元組，即每個(gè)功能單元組中包括一塊串行處理板和一塊并行處理板。四個(gè)功能單元組中，四塊串行處理板彼此通訊連接，四塊并行處理板各自與同組的串行處理板通訊連接。每個(gè)功能單元組中:串行處理板接收同組并行處理板的輸出信號，并結(jié)合其他功能單元組的串行處理板的輸出信號，作為本串行處理板的輸入，然后根據(jù)內(nèi)置的仿真模型計(jì)算得到本串行處理板的輸出信號，該輸出信號傳遞給同組的并行處理板，由同組的并行處理板通過自帶的通訊接口經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換單元傳送給實(shí)物控制單元；并行處理板通過信號轉(zhuǎn)換單元接收實(shí)物控制單元輸出的控制信號，并結(jié)合同組串行處理板的輸出信號，作為本并行處理板的輸入，然后根據(jù)內(nèi)置的仿真模型計(jì)算得到本并行處理板的輸出信號，該輸出信號通過自帶的通訊接口經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換單元傳送給實(shí)物控制單元，或者傳遞給同組的串行處理器，從而完成硬件在回路閉環(huán)驗(yàn)證。
[0079]在本實(shí)施例中，如圖5所示，串行處理板CPUl?CPU4，并行處理板FPGAl?FPGA4，通過PHS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。并行處理板FPGAl?FPGA4帶有12路高速DA、12路高速AD和16路單個(gè)可配置的數(shù)字1接口，AD/DA支持-1OV?1V模擬信號輸入/輸出，數(shù)字1支持5V電平信號輸入輸出。
[0080]在本實(shí)施例中，按照以下方式對四塊串行處理板和四塊并行處理板的功能進(jìn)行分配，以便更好的運(yùn)行各種不同的冶金軋機(jī)主傳動系統(tǒng)。
[0081]組合模型一:
[0082]串行處理板1，用于整流側(cè)的供電電源、斷路器、整流變壓器和勵磁回路I的模型計(jì)算;
[0083]并行處理板I，用于整流側(cè)的整流器I的模型計(jì)算。
[0084]組合模型二:
[0085]串行處理板2，用于整流側(cè)的充電回路、中間回路和勵磁回路2的模型計(jì)算；
[0086]并行處理板2，用于整流側(cè)的整流器2的模型計(jì)算。
[0087]組合模型三:
[0088]串行處理板3，用于主機(jī)逆變器側(cè)的斬波回路I的模型計(jì)算；
[0089]并行處理板3，用于主機(jī)逆變器側(cè)的逆變器1、電勵磁同步電機(jī)I和速度傳感器I的模型計(jì)算。
[0090]組合模型四:
[0091]串行處理板4，用于從機(jī)逆變器側(cè)的斬波回路2的模型計(jì)算；
[0092]并行處理板4，用于從機(jī)逆變器側(cè)的逆變器2、電勵磁同步電機(jī)2和速度傳感器2的模型計(jì)算。
[0093]假設(shè)在這種處理模式下器件開關(guān)頻率FPWM = 500Hz,并行處理板的計(jì)算步長為10ns，那么脈沖采樣平均誤差為:
[0094]Errl = FPWMX 1X 10-9 X 100% = 0.0005%
[0095]采用串行+并行半實(shí)物仿真模式相比傳統(tǒng)的串行半實(shí)物仿真模式，減輕了串行的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，使其空出更多的空閑時(shí)間進(jìn)行復(fù)雜模型的計(jì)算。此外，將整流器、逆變器、同步電機(jī)、速度傳感器等模型移至并行中進(jìn)行高速運(yùn)算，可將運(yùn)算速率提高至0.lus，大大提高了運(yùn)算周期和計(jì)算精度。采用串行+并行半實(shí)物仿真模式既繼承了建模方便、易于修改調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，又具有仿真解算處理能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)仿真精度高的獨(dú)特優(yōu)勢。因此這種模式更適用于擁有高開關(guān)頻率器件和數(shù)據(jù)交互處理速度要求高的系統(tǒng)。
[0096]上述實(shí)施例表明，本發(fā)明提供的半實(shí)物仿真系統(tǒng)摒棄了昂貴的純實(shí)物平臺，避免了純仿真平臺運(yùn)行結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性有限的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一套成本低、易操作的硬件在回路仿真平臺，使得仿真軟件中搭建的系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接。該系統(tǒng)可以靈活地應(yīng)用于研究機(jī)構(gòu)開發(fā)交直交冶金軋機(jī)設(shè)備，也可用于在極端情況下軋機(jī)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整。
[0097]雖然本發(fā)明所披露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上所作的任何修改與變化，都應(yīng)該在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種交直交冶金軋機(jī)傳動系統(tǒng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括: 實(shí)物控制單元，其中包括所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的控制器，所述控制器輸出控制信號； 實(shí)時(shí)仿真單元，其中包括實(shí)時(shí)仿真器，所述實(shí)時(shí)仿真器中運(yùn)行有所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路模型，并通過相應(yīng)的信號接口收發(fā)電氣信號，以進(jìn)行模擬仿真計(jì)算； 信號轉(zhuǎn)換單元，其連接在所述實(shí)物控制單元與實(shí)時(shí)仿真單元之間，用于將所述實(shí)物控制單元輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為所述實(shí)時(shí)仿真單元能夠接收的電氣信號，提供給所述實(shí)時(shí)仿真單元，以及用于將所述實(shí)時(shí)仿真單元輸出的模擬仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換為實(shí)際工作信號，提供給所述實(shí)物控制單元，從而實(shí)現(xiàn)對所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)控制器的仿真測試。
2.如權(quán)利要求1所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述軋機(jī)傳動系統(tǒng)的主電路模型包括: 組合模型一，其由整流側(cè)的供電電源、斷路器、整流變壓器、主機(jī)整流器和主機(jī)勵磁回路的模型組合而成； 組合模型二，其由整流側(cè)的充電回路、從機(jī)整流器、中間回路和從機(jī)勵磁回路的模型組合而成； 組合模型三，其由主機(jī)逆變器側(cè)的主機(jī)斬波回路、主機(jī)逆變器、主機(jī)和主機(jī)速度傳感器的模型組合而成； 組合模型四，其由從機(jī)逆變器側(cè)的從機(jī)斬波回路、從機(jī)逆變器、從機(jī)和從機(jī)速度傳感器的模型組合而成。
3.如權(quán)利要求2所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于: 所述實(shí)時(shí)仿真器由若干串行處理板構(gòu)成，每一所述串行處理板上運(yùn)行一所述組合模型。
4.如權(quán)利要求3所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于: 每一所述串行處理板通過所述信號轉(zhuǎn)換單元接收所述實(shí)物控制單元發(fā)出的控制信號，同時(shí)通過數(shù)據(jù)總線接收其他所述串行處理板輸出的電氣信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的組合模型計(jì)算并輸出相應(yīng)的模擬仿真結(jié)果。
5.如權(quán)利要求2所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于: 所述實(shí)時(shí)仿真器由若干串行處理板和若干并行處理板構(gòu)成，每一所述串行處理板和一所述并行處理板構(gòu)成一功能單元組，共同運(yùn)行一所述組合模型。
6.如權(quán)利要求5所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于: 在所述組合模型一中，所述供電電源、斷路器、整流變壓器和主機(jī)勵磁回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述主機(jī)整流器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上； 在所述組合模型二中，所述充電回路、中間回路和從機(jī)勵磁回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述從機(jī)整流器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上； 在所述組合模型三中，所述主機(jī)斬波回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述主機(jī)逆變器、主機(jī)和主機(jī)速度傳感器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上； 在所述組合模型四中，所述從機(jī)斬波回路的模型運(yùn)行在一所述串行處理板上，所述從機(jī)逆變器、從機(jī)和從機(jī)速度傳感器的模型運(yùn)行在一所述并行處理板上。
7.如權(quán)利要求5或6所述的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，其特征在于，每一所述功能單元組中: 所述串行處理板接收同組并行處理板的輸出信號，并接收其他功能單元組的串行處理板的輸出信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的仿真模型計(jì)算得到本串行處理板的輸出信號，該輸出信號作為模擬仿真結(jié)果傳遞給同組并行處理板，由同組并行處理板輸出給所述信號轉(zhuǎn)換單元； 所述并行處理板通過所述信號轉(zhuǎn)換單元接收所述實(shí)物控制單元輸出的控制信號，并接收同組串行處理板的輸出信號，在此基礎(chǔ)上根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行的仿真模型計(jì)算得到本并行處理板的輸出信號，該輸出信號傳遞給同組串行處理器或者作為模擬仿真結(jié)果輸出給所述信號轉(zhuǎn)換單元。
【文檔編號】G05B17/02GK104407519SQ201410604387
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】王堅(jiān), 尚敬, 張宇, 譚娟, 許為, 徐立恩, 陳柳松 申請人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司