电力驱动系统逆变器实时仿真
电力驱动系统逆变器实时仿真
摘要：介绍了采用实际控制器输出的PWM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行测试，实现起来比较困难，而且费用较高。因此，需要介于离线仿真和实机试验之间的逆变器-交流电机实时仿真器，与实际控制器硬件相连，在闭环条件下对实际控制器进行实时测试。由于这种实时仿真系统回路中有实际控制器硬件介入，因此被称为硬件在回路仿真（Hardware-in-the-Loop Simulation）。
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（Rapid Control Prototyping）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，不能实现亚微秒级物理模型实时仿真，需要对逆变器开关过程进
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PWM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 逆变器系统Simulink框图
1 逆变器Simulink模型
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