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電力驅(qū)動系統(tǒng)逆變器實時仿真

時間:2023-05-01 11:18:10 電子通信論文 我要投稿
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電力驅(qū)動系統(tǒng)逆變器實時仿真

摘要:介紹了采用實際控制器輸出的PWM開關(guān)邏輯信號定義正、負半橋開關(guān)函數(shù),建立逆變器的Simulink實時模型。該模型既可實現(xiàn)電力驅(qū)動實時仿真系統(tǒng)中逆變器與電機模型的解耦,又可以確定逆變器開關(guān)死區(qū)時間。還給出了基于dSPACE實時仿真環(huán)境的逆變器-異步電機實時仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方法,針對開關(guān)頻率為1kHz的逆變器,采樣周期為11μs的實時仿真與仿真步長為100ns的離線仿真結(jié)果無明顯差別。

    關(guān)鍵詞:逆變器 開關(guān)函數(shù) 實時仿真

在交通和某些工業(yè)領(lǐng)域中的電力驅(qū)動系統(tǒng)的研制過程中,直接使用實際電機系統(tǒng)對新的控制器進行測試,實現(xiàn)起來比較困難,而且費用較高。因此,需要介于離線仿真和實機試驗之間的逆變器-交流電機實時仿真器,與實際控制器硬件相連,在閉環(huán)條件下對實際控制器進行實時測試。由于這種實時仿真系統(tǒng)回路中有實際控制器硬件介入,因此被稱為硬件在回路仿真(Hardware-in-the-Loop Simulation)。

盡管在真實系統(tǒng)上進行試驗是必不可少的,但是由于采用實機難以進行極限與失效測試,而采用實時仿真器可以自由地給定各種測試條件,測試被測控制器的性能,因此實時仿真器可作為快速控制原型(Rapid Control Prototyping)的虛擬試驗臺,在電機、逆變器、電源和控制器需要同時工作的并行工程中必不可少。

圖1 電源-濾波-逆變器-交流電機系統(tǒng)

由于目前數(shù)字計算機處理速度的限制,不能實現(xiàn)亞微秒級物理模型實時仿真,需要對逆變器開關(guān)過程進行理想化處理,因此引入了離散事件系統(tǒng)。離散事件逆變器子系統(tǒng)與連續(xù)時間電機子系統(tǒng)耦合,使變流器-電機實時仿真器成為變因果和變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。變因果是指離散開關(guān)事件發(fā)生前后,描述連續(xù)時間電機子系統(tǒng)的動態(tài)方程的輸入變量與輸出變量會變換位置;變結(jié)構(gòu)是指在仿真進程中,離散開關(guān)事件引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換,使連續(xù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因而需要對動態(tài)方程不斷地進行調(diào)整和初始化[1]。

框圖建模工具Simulink是控制工程仿真的工業(yè)標準,但Simulink本質(zhì)上是一種賦值運算,由其方框圖描述的系統(tǒng)是因果的。為了能應(yīng)用Simulink建模工具,應(yīng)該使變流器-電機實時仿真系統(tǒng)解耦為兩個獨立子系統(tǒng),以消除變因果、變結(jié)構(gòu)問題。

作為功能性建模方法之一的開關(guān)函數(shù),可用于確定變流器開關(guān)器件電壓與電流波形計算,以便進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。它在變流器的離線仿真中已得到成功的應(yīng)用[2~3]。本文應(yīng)用文獻[2]

的開關(guān)函數(shù)描述法,采用實際控制器輸出的PWM開關(guān)邏輯信號定義正、負半橋開關(guān)函數(shù),建立逆變器的Simulink模型。該模型既可實現(xiàn)實時仿真系統(tǒng)中逆變器與電機模型的解耦,又可以確定逆變器設(shè)置的開關(guān)死區(qū)時間,防止同一橋臂開關(guān)管直通。文中還將給出基于dSPACE實時環(huán)境的逆變器-異步電機開控制系統(tǒng)實時仿真的實現(xiàn)方法和結(jié)果。

圖2 逆變器系統(tǒng)Simulink框圖

1 逆變器Simulink模型

[1] [2] [3] [4] 

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