电力驱动系统逆变器实时的仿真

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1、电力驱动系统逆变器实时的仿真介绍了采用实际控制器输出的P开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink实时模型。该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器开关死区时间。还给出了基于dSPACE实时仿真环境的逆变器-异步电机实时仿真系统的实现方法，针对开关频率为1kHz的逆变器，采样周期为11μs的实时仿真与仿真步长为100ns的离线仿真结果无明显差别。关键词：逆变器开关函数实时仿真在交通和某些工业领域中的电力驱动系统的研制过程中，直接使用实际电机系统对新的控制器进

2、行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此.freelulation）。尽管在真实系统上进行试验是必不可少的，但是由于采用实机难以进行极限与失效测试，而采用实时仿真器可以自由地给定各种测试条件，测试被测控制器的性能，因此实时仿真器可作为快速控制原型（RapidControlPrototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。图1电源-滤波-逆变器-交流电机系统由于目前数字计算机处理速度的限制，不能实现亚微秒级模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进行理想化处理，因此引入

3、了离散事件系统。离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时仿真器成为变因果和变结构系统。变因果是指离散开关事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量与输出变量会变换位置；变结构是指在仿真进程中，离散开关事件引发状态转换，使连续系统结构发生变化。因而需要对动态方程不断地进行调整和初始化1。框图建模工具Simulink是控制工程仿真的工业标准，但Simulink本质上是一种赋值运算，由其方框图描述的系统是因果的。为了能应用Simulink建模工具，应该使变流器-电机实时仿真系统解耦为

4、两个独立子系统，以消除变因果、变结构问题。作为功能性建模方法之一的开关函数，可用于确定变流器开关器件电压与电流波形计算，以便进行系统优化设计。它在变流器的离线仿真中已得到成功的应用2～3。本文应用文献2的开关函数描述法，采用实际控制器输出的P开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink模型。该模型既可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，又可以确定逆变器设置的开关死区时间，防止同一桥臂开关管直通。文中还将给出基于dSPACE实时环境的逆变器-异步电机开控制系统实时仿真的实现方法和结果。图2逆

5、变器系统Simulink框图1逆变器Simulink模型双电平三相电压源型逆变器由6个开关管和6个与开关管反向并接的续流二极管组成，见图1。采用实际控制器输出的6个P开关逻辑信号a+，b+，c+；a-，b-，c-定义逆变器a,b,c三相正半桥开关函数：Sfap=1·×a+,SFbp=1×b+,SFcp=1×c+和负半桥开关函数：SFan=1×a-,SFbn=1×b-，SF=1×c-。则全桥开关函数为：SFa=Sfap-SFan,SFb=SFbp-SFbn，SFc=SFcp-SF。逆变器输出端a,b,c与直流电流中点

6、o之间的电压为：uao=0.5VDC×Sfab，ubo=0.5VDC×SFb,uco=0.5VDC×SFc，其中，VDC为直流环路电压。由此得到线电压为：uab=uao-ubo,ubc=ubo-uco,uca=uco-uao相电压为：uan=uao-uno,ubn=ubo-uno,.freelulink框图模型。图2（a）～(d)分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图。2实时仿真系统实现着名的机电控制系统开发平台较是基于MATLAB/Simulink/Real-Time开关信号，输出电流、电压等模拟信号；

7、上部是P控制器模型，作为实时任务T2，模型由DSP控制器F240硬件产生实时P信号。T1与T2以异步采样模式工作，构成两定时器任务系统。为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响，设置T1的采样速率远高于T2的采样速率。3实时仿真结果系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的，其中逆变器参数为：P开关频率fP=1kHz，开关死区时间=7μs；直流电源与滤波参数为：电池开路电压Ebo=288V，电源内阻Rb=0.03Ω，滤波电容C=10000μF；异步电机参数为：132V，182A，50Hz，45k周期=1ms。图

8、4逆变器-交流电机Simulink框图图5是相电压uan、相电流ia、a相上半桥开关电流is1、S1开关管电流is1_s、S1续流二极管电流is1_D、直流环路电压VDC、直流环路电流iDC、任务总执行时间T1/tTT和T2/tTT的实时仿真波形。图中还显示出逆变器的输出电压空间矢量的矢端轨迹为正六边形，并内含从零电压矢量至六边形顶点的连线；而电机的转子磁链