基于異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的hil和rcp準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ蠊β孰娏﹄娮酉到y(tǒng)的需求日益增大，系統(tǒng)的可靠性和研發(fā)過(guò)程高效性就顯的尤為重要了。目前在大功率電力電子系統(tǒng)的研發(fā)和調(diào)試過(guò)程中大多采用的是離線仿真系統(tǒng)，離線仿真雖然對(duì)控制算法和測(cè)量誤差的測(cè)試是有效的，但是對(duì)于中斷延時(shí)、內(nèi)存使用和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴腻e(cuò)誤無(wú)法排查，因此離線仿真后直接進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)備的安全就存在較大的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的HIL和RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，能夠很好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，并且更能模擬實(shí)物實(shí)驗(yàn)，可以使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程更為方便、有效、安全、快捷。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的HIL和RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，
[0005]HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括真實(shí)的控制器和虛擬的異步發(fā)電機(jī)和變流器仿真模塊作為被控對(duì)象；對(duì)異步發(fā)電機(jī)和變流器仿真模塊進(jìn)行建模，建模產(chǎn)生的模塊經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)算得到控制器控制所需的異步發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)、變流器電流信號(hào)和變流器直流側(cè)信號(hào)；對(duì)這些進(jìn)行變比處理使其幅值保持不變，然后通過(guò)接口傳輸?shù)娇刂破髦羞M(jìn)行運(yùn)算；控制器采集到的異步發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)、變流器電流信號(hào)和變流器直流側(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)控制器里的算法模塊進(jìn)行運(yùn)算，得到調(diào)制所需的PWM波信號(hào)；異步發(fā)電機(jī)和變流器仿真模塊采集控制器PWM模塊傳輸?shù)腜WM波信號(hào)，通過(guò)捕獲模塊對(duì)PWM波信號(hào)的上升沿和下降沿進(jìn)行重新編碼，計(jì)算出占空比和中斷信息；占空比和中斷信息通過(guò)實(shí)時(shí)處理器的數(shù)據(jù)總線傳送到異步發(fā)電機(jī)和變流器仿真模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?，?gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)；
[0006]RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，包括控制器和真實(shí)的異步發(fā)電機(jī)和變流器系統(tǒng)作為被控對(duì)象；發(fā)電機(jī)和變流器系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)變比處理送入控制器，控制器采集到外部傳輸來(lái)到信號(hào)之后經(jīng)過(guò)計(jì)算產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)STATC0M的PWM波信號(hào)；控制器產(chǎn)生的PWM波信號(hào)強(qiáng)度比較弱，不足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，需要經(jīng)過(guò)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路送到STATC0M中，實(shí)現(xiàn)STATC0M的驅(qū)動(dòng)控制；
[0007]在HIL和RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真中存在不同處理器之間的數(shù)據(jù)交換和處理，兩種準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)都是在處理器中斷時(shí)進(jìn)行信號(hào)采樣，因此需要進(jìn)行時(shí)鐘處理和仿真參數(shù)整定以到達(dá)最好的仿真效果。
[0008]作為改進(jìn)，HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中，采用dSPACE單板系統(tǒng)DS1104作為控制器，在Quanser8通過(guò)Simulink搭建異步發(fā)電機(jī)和變流器模塊作為被控對(duì)象，接口為自帶接口，ADC 口和DAC 口之間通過(guò)PNC數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0009]作為改進(jìn)，dSPACE單板系統(tǒng)DS1104作為控制器可以產(chǎn)生6路死區(qū)時(shí)間可調(diào)、兩兩互補(bǔ)的PWM信號(hào)，并且占空比可以從0?100%可調(diào)制；dSPACE單板系統(tǒng)通過(guò)ADC 口采集從Quanser8的DAC 口傳過(guò)來(lái)的異步發(fā)電機(jī)端電壓信號(hào)、變流器電流信號(hào)和變流器直流側(cè)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)在DS1104里面搭建的控制算法模塊進(jìn)行計(jì)算，得出PWM信號(hào)；Quanser8通過(guò)自身的高速數(shù)字I/O 口采集DS1104傳輸?shù)?路PWM波信號(hào)，經(jīng)過(guò)捕獲模塊對(duì)PWM波信號(hào)的上升沿和下降沿進(jìn)行重新編碼，計(jì)算出占空比和中斷信息；占空比和中斷信息通過(guò)QuanserS的實(shí)時(shí)處理器的數(shù)據(jù)總線傳送到異步發(fā)電機(jī)和變流器仿真模塊進(jìn)行仿真運(yùn)算，產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)DAC 口傳輸?shù)紻S1104;這里產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)都是通過(guò)Quanser8的Simulink里仿真器產(chǎn)生的的，不是真實(shí)的傳感器，這些信號(hào)的幅值為-10V?10V，為了能夠在輸入到DS1104時(shí)保持大小不變，需要進(jìn)行變比處理。
[0010]作為改進(jìn)，RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中，采用dSPACE單板系統(tǒng)DS1104作為控制器，異步發(fā)電機(jī)和變流器為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，兩者之間的連接接口采用自身所帶接口，接口之間通過(guò)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行連接；發(fā)電機(jī)和變流器系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓和電流信號(hào)傳感器檢測(cè)電路經(jīng)過(guò)變比處理送入DS1104的ADC 口，控制器采集到外部傳輸來(lái)到信號(hào)之后經(jīng)過(guò)計(jì)算產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)STATC0M的PWM波信號(hào)；控制器產(chǎn)生的PWM波信號(hào)強(qiáng)度比較弱，不足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，需要經(jīng)過(guò)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路送到STATC0M中，實(shí)現(xiàn)STATC0M的驅(qū)動(dòng)控制。
[0011]作為改進(jìn)，在HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中，Quanser8和DS1104兩個(gè)系統(tǒng)都擁有自己的獨(dú)立的處理器和時(shí)鐘系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)都是需要對(duì)方實(shí)時(shí)的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行處理器運(yùn)算；在進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)時(shí)，外部信號(hào)是連續(xù)信號(hào)，經(jīng)過(guò)采樣電路采集進(jìn)來(lái)時(shí)信號(hào)由連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為離線信號(hào)；為了模擬這種實(shí)物實(shí)驗(yàn)時(shí)的狀況，定義Quanser8的時(shí)鐘系統(tǒng)為T(mén)l，DS1104時(shí)鐘系統(tǒng)為T(mén)2，設(shè)置T1的采樣速度高于T2的采樣速度，并且T1的優(yōu)先級(jí)高于T2 ;T1和T2兩個(gè)時(shí)鐘系統(tǒng)都采樣異步采樣的工作方式，通過(guò)自身所帶接口進(jìn)行采樣；T1和T2構(gòu)成的定時(shí)器任務(wù)系統(tǒng)，定時(shí)器T1在運(yùn)行的時(shí)候定時(shí)器T2進(jìn)入準(zhǔn)備階段，T1睡眠時(shí)T2才進(jìn)行工作，如果T2工作沒(méi)有完成而T1需要運(yùn)行時(shí)T2就會(huì)被自動(dòng)掛起直到下一個(gè)工作周期的到來(lái)；在進(jìn)行HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)為了得到良好的控制效果，控制器、被控對(duì)象的采樣周期為10 μ?lms數(shù)量級(jí)；PWM波信號(hào)頻率為1?20kHz數(shù)量級(jí)，PWM波信號(hào)頻率和被控對(duì)象采樣頻率之間滿足香農(nóng)采樣定理，采樣頻率應(yīng)該為PWM波頻率的2倍以上。
[0012]作為改進(jìn)，在RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中，變流器功率管采用IGBT開(kāi)關(guān)管，其開(kāi)關(guān)頻率為1?20kHz ;控制器的采樣和PWM的開(kāi)關(guān)同步。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來(lái)的有益效果是:
[0014]解決離線仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)之間良好的銜接問(wèn)題途徑之一是采用硬件在回路仿真(HIL)和快速控制原型(RCP)相結(jié)合的準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)和調(diào)試。離線仿真中控制器和被控對(duì)象都為虛擬的，實(shí)物實(shí)驗(yàn)中控制器和被控對(duì)象都是實(shí)物，而HIL采用實(shí)際的被控對(duì)象即實(shí)際的功率器件和虛擬的控制器，RCP采用的是實(shí)際的控制器和虛擬的被控對(duì)象。因此HIL和RCP能夠很好的在離線仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)之間取得良好的銜接作用，可以分別對(duì)控制器和被控對(duì)象進(jìn)行充分的測(cè)試和分析，并且能夠很好的解決離散時(shí)間的數(shù)學(xué)模型和連續(xù)時(shí)間的實(shí)物對(duì)象之間的耦合問(wèn)題和變結(jié)構(gòu)特征的時(shí)鐘處理問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)之間的通訊和傳輸問(wèn)題也可以進(jìn)行完全的測(cè)試。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為HIL準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)框架圖。
[0016]圖2為RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)框架圖。
[0017]圖3為兩定時(shí)器工作模式圖。
[0018]圖4為DSl 104采樣周期對(duì)HIL仿真的影響波形圖。
[0019]圖5為PffM波的頻率對(duì)HIL仿真的影響波形圖。
[0020]圖6為Q8采樣周期對(duì)HIL仿真的影響波形圖。
[0021 ]圖7為PffM波的頻率對(duì)RCP仿真的影響波形圖。
[0022]圖8為DS1104采樣周期對(duì)RCP仿真的影響波形圖。
[0023]圖9為無(wú)補(bǔ)償時(shí)離線仿真、HIL仿真及RCP仿真的電壓波形圖。
[0024]圖10(a)為離線仿真、HIL仿真及RCP仿真的端電壓補(bǔ)償波形圖。
[0025]圖10(b)為離線仿真、HIL仿真及RCP仿真的直流側(cè)電壓變化波形圖。
[0026]圖10 (C)為離線仿真、HIL仿真及RCP仿真的變流器輸出電流波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0028]—種基于異步發(fā)電機(jī)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的HIL和RCP準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，HIL和RCP相結(jié)合的準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)采用的是德國(guó)dSPACE公司生產(chǎn)的dSPACE單板系統(tǒng)DS1104和加拿大Quanser8公司生產(chǎn)的Quanser8系統(tǒng)。
[0029]dSPACE 單板系統(tǒng) DSl 104 是基于 Simulink/Real-Time Workshop 開(kāi)發(fā)的，可以從應(yīng)用系統(tǒng)Simulink模型自動(dòng)生成目標(biāo)系統(tǒng)實(shí)時(shí)代碼。單板DS1104插入計(jì)算機(jī)的主板ISA擴(kuò)展槽中，所有模型實(shí)時(shí)計(jì)算都由DSl 104單獨(dú)執(zhí)行，并且通過(guò)dSPACE系統(tǒng)I/O硬件模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。DS1104主CPU為MPC8240，最高頻率250MHz，配有TMS320F2407型DSP，可以直接輸出三相PWM控制脈沖，并且還包含8路ADC 口，其中前4路為16位、后4路為12位，8路DAC 口，全部為16位。DSl 104系統(tǒng)I/O能夠承受的電壓為正負(fù)10V，DSl 104系統(tǒng)軟件I/O只能夠承受正負(fù)IV的電平，I/O里面存在電平轉(zhuǎn)換電路，增益為10。DS1104中，任務(wù)切換時(shí)間為2 μ s，D/A和數(shù)字I/O操作時(shí)間為0.8 μ S。
[0030]Quanser8系統(tǒng)主板是一款性能強(qiáng)大的多功能實(shí)時(shí)測(cè)量和控制