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電機控製係統測試新技術:功率級HIL

發布日期:2017-04-27 11:53:05 點擊次數: 字號: [默認] [] [] []
摘要: 電機控製係統廣泛應用於航空航天、軌道、兵器、船舶、工業自動化等領域,隨著電機控製係統交流化、數字化、集成化的發展趨勢,利用半實物
 電機控製係統廣泛應用於航空航天、軌道、兵器、船舶、工業自動化等領域,隨著電機控製係統交流化、數字化、集成化的發展趨勢,利用半實物仿真提高係統的開發效率越來越受到重視。在針對伺服控製器成品的測試驗證階段,HIL半實物仿真可以根據測試對象、測試方法的不同,分為信號級、功率級和機械級三種形式。
  電機控製係統半實物仿真簡介
  
電機控製係統測試新技術:功率級HIL
  信號級HIL:測試係統利用基於FPGA的高速實時仿真技術來模擬逆變器、電動機、機械負載。測試對象為伺服控製器。信號級HIL已經在國內各行業得到廣泛應用,具有造價低、組建靈活等特點。但是,由於控製器成品往往將控製器與驅動器做成一體,信號級HIL必須由待測控製器提供電流反饋接口,否則無法完成電流閉環,同時,信號級HIL也無法實現對逆變器(驅動放大部分電路)的測試,所以其測試對象覆蓋麵窄,可在單獨測試電機控製器控製邏輯時選用信號級HIL。
  機械級HIL:利用仿真設備通過電機拖動台架子係統與待測電機及控製器進行機械級連接,實現對機械負載的模擬。測試對象為包括控製器、驅動器、電機、傳動的完整伺服控製係統。該方法是針對伺服係統的最完整測試方法,也常常作為出廠檢測的手段,但是也有造價高、周期長、占地大等局限,並且難以模擬多自由度負載。在測試整套電機傳動係統對負載的響應特性時可選用機械級HIL。
  功率級HIL:測試係統利用FPGA高速實時仿真技術、變頻器對拖技術模擬電動機和機械負載。測試對象為控製器和驅動器。該方法可以實現針對控製係統更全麵的測試,但由於其技術難度很高,長期被國外廠商壟斷,價格居高不下。功率級HIL不需要待測控製器成品提供電流反饋接口,可通過調節參數改變電機負載大小,在測試電機控製器邏輯及驅動器在真實電流條件下的性能時可選用功率級HIL。
  功率級HIL的優點:
  ♦ 不需對控製器成品進行接口改造即可測試控製器成品的控製算法+驅動器;
  ♦ 可測試控製器成品的全部傳感器在高頻大電流環境下的性能;
  ♦ 一個功率級HIL平台可覆蓋多種電機控製器的測試,通過修改模型參數即可實現對不同電機、負載的模擬;
  ♦ 不存在機械級HIL的安全隱患,也可模擬多自由度負載;
  ♦ 不存在機械級HIL中的同軸度問題;
  ♦ 占地麵積小,實施周期短;
  ♦ 可實現故障注入。
  恒潤科技自研功率級HIL:PowerHIL
  •PowerHIL基本原理及組成:
  PowerHIL主要由HiGale實時仿真子係統和電機電力模擬子係統兩部分組成。HiGale實時仿真子係統負責電機模型與電流複合控製模型的實時解算;電機電力模擬負載子係統通過變流技術實現對三相負載電流的模擬。電機功率級HIL原理如下圖:
  
電機控製係統測試新技術:功率級HIL
  電機電力模擬子係統又包括創新型主電路、對拖電抗器、信號采集單元、電流傳感器、電壓傳感器。應用脈衝分配技術、多橋臂並聯技術、複合控製技術實現高帶寬、高精度的三相電流控製,從而實現對電機電氣特性的高動態模擬。