[发明专利]一种直流无刷电机模拟设备及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流无刷电机模拟设备及其控制方法。包括电机驱动器功率级、负载模拟电感、电压电流模拟电路、母线电容、DC‑DC模块、电压电流控制器、电机仿真器、电路开合装置、电压电流测量单元以及真实电机控制器。本发明有如下特点和优点：1）通过估计‑校正式数值积分方法快速求解电机动态方程，保证实时性的同时满足电机模拟的精度；2）电机模型及其对应的启动或加载参数均可自由配置，在无需改变电路元件的前提下即可模拟各种不同参数的直流无刷电机；3）同时兼容有传感器和无传感器的直流无刷电机控制方法，并提供相应的物理量反馈。

技术领域

本发明涉及一种电力负载模拟设备及其控制方法，特别是涉及一种运行参数可任意变换并且同时兼容有传感器和无传感器驱动方法的直流无刷电机模拟设备及其控制方法。

背景技术

电机作为最常见的执行器件之一，被广泛应用于自动化领域，其中直流无刷电机又因其扭矩体积比大、无换相火花、可靠性高等优点被广泛应用于家电与汽车行业。电机驱动器是驱动电机运转的核心设备，通常由驱动桥与驱动桥控制器构成。驱动器的硬件性能以及控制算法的优劣直接影响电机的工作效果，尤其在汽车行业电机驱动单元的性能直接影响着整车性能与安全性，因此各种电机驱动器在出厂前必须经过软件与硬件的完备测试，尽可能准确地反映出电机驱动器在实际拖动电机时的工作状态。最初，对电机驱动器的测试将真实直流无刷电机作为驱动对象，加载真实负载，使用真实的驱动器驱动电机运转，从而测试驱动器的性能指标。该方法常见于上世纪汽车电机的台架测试中，需要搭建大型的专用测试装备并耗费大量人力物力设计测试环境，电机参数难以调整，并且需要耗费大量电能。由于这种纯物理仿真的方式存在相当多的弊端，逐渐被电机模拟的测试方式所取代。常用的直流无刷电机模拟方法主要有三种：

1、使用电机对拖的方式来模拟电机的运行工况，具体实现是通过将两个电机的输出轴通过联轴器相互连接，其中一个电机是电机驱动器的驱动对象，其电压输入端与驱动器输出端直接相连，工作在电动机状态；而另一个电机的输入端则与三相电阻相连，工作在发电机状态，由此便可通过改变三相电阻的阻值模拟实际电机的加载状态。该方法具备动态模拟电机工况的能力，但仍然需要使用真实电机作为驱动对象，电机参数难以调整。

2、由于电机在本质上可以等效为电阻与电感的组合，因此采用由电阻电感组成的电子负载来模拟电机，同样可以达到驱动器测试的目的并且便于实施。但这种方法缺乏通用性，一套电子负载只能测试一种参数的电机，甚至只能模拟单一工况下的电机，并且仍然存在能耗较高的问题。

3、近年来，硬件在环测试技术被大量用于电机驱动器的测试过程中，该方法规避了使用硬件电路模拟直流无刷电机的困难性，使用计算机接收来自驱动桥控制器的控制信号并通过计算机仿真软件模拟电机根据控制信号进行相应运转，从而实现对驱动器算法的测试。这种方法能够自由变换电机参数与工况参数，但显然该方法不存在真实的能量交互，只能测试软件算法，无法验证驱动器硬件的耐久性与可靠性。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有直流无刷电机模拟方案的局限性，提供一种完备的直流无刷电机模拟方法。本方法无需改变电路参数便可模拟各种电机参数的直流无刷电机和任意的电机工况，可直接与电机驱动器进行能量交互，并且同时兼容有传感器和无传感器的直流无刷电机控制方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种直流无刷电机模拟设备，包括：电机驱动器功率级、负载模拟电感、电压电流模拟电路、母线电容、DC-DC模块、电压电流控制器、电机仿真器、电路开合装置、电压电流测量单元以及真实电机控制器。

在电路拓扑方面，所述电机驱动器功率级的输出端与负载模拟电感的一端相连，所述负载模拟电感的另一端与电压电流模拟电路的电流控制端相连，所述电机驱动器功率级的输出端又与电路开合装置的一端相连，所述电路开合装置的另一端与电压电流模拟电路的电压控制端相连，所述电压电流模拟电路与直流母线电容并联，所述直流母线电容与DC-DC模块的输出端并联。