CN103645645A - 电力机车辅助控制单元半实物仿真平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，包括：辅助控制单元实物系统、辅助变流器仿真系统和信号调理单元；所述辅助变流器仿真系统包括辅助逆变器仿真单元和电池充电机仿真单元；所述信号调理单元分别与辅助控制单元实物系统和辅助变流器仿真系统相连接，该信号调理单元用于将辅助控制单元实物系统输出的信号转换为辅助变流器仿真系统识别的信号，以及将辅助变流器仿真系统输出的信号转换为辅助控制单元实物系统识别的信号；所述辅助变流器仿真系统由dSPACE实时仿真器建立；本发明缩短了辅助控制单元的开发周期，节约了成本。

Description

电力机车辅助控制单元半实物仿真平台
技术领域
本发明涉及仿真平台技术，具体为一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台。
背景技术
电力机车辅助控制单元（ACU）用于控制和管理包括辅助逆变器、辅助斩波器、电池充电机和系统其它电气设备等的辅助变流系统运行工作；半实物仿真技术具有实时性、真实性、研究效果好等优点，而dSPACE实时仿真器能够与MATLAB/simulink进行无缝连接，可作为控制原型和硬件在回路仿真模型，研制一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台不仅便于分析辅助变流器中各部件对系统性能的影响，实现系统参数的最优配置，利于控制电路调试和开发高性能控制策略，从而为满足实际电力机车辅助变流系统的性能要求提供可靠的设计依据。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台。
本发明的技术手段如下：
一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，包括：
辅助控制单元实物系统、辅助变流器仿真系统和信号调理单元；
所述辅助控制单元实物系统用于产生PWM脉冲信号控制辅助逆变器按照变压变频方式或恒压恒频方式工作，以及用于控制电池充电机对蓄电池进行充电；
所述辅助变流器仿真系统包括辅助逆变器仿真单元和电池充电机仿真单元；
所述信号调理单元分别与辅助控制单元实物系统和辅助变流器仿真系统相连接，该信号调理单元用于将辅助控制单元实物系统输出的信号转换为辅助变流器仿真系统识别的信号，以及将辅助变流器仿真系统输出的信号转换为辅助控制单元实物系统识别的信号；
所述辅助变流器仿真系统由dSPACE实时仿真器建立；
另外，还包括电力机车控制单元实物系统，所述辅助控制单元实物系统还用于通过总线与电力机车控制单元实物系统进行数据交换。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，缩短了辅助控制单元的开发周期，节约了成本，通过半实物仿真平台的输入输出数据分析实际系统中各参数对系统的控制性能的影响，实现系统参数的优化配置，利于控制电路调试和开发高性能控制策略，从而为满足实际电力机车辅助变流系统的性能要求提供可靠的设计依据。
附图说明
图1是本发明所述半实物仿真平台的结构框图；
图2是本发明所述辅助逆变器的电路原理图；
图3是本发明所述电池充电机的电路原理图；
图4是本发明所述辅助逆变器的仿真电路图；
图5是本发明所述电池充电机的仿真电路图；
图6是本发明辅助变流器的仿真电路图。
具体实施方式
如图1所示的一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，包括：辅助控制单元实物系统、辅助变流器仿真系统和信号调理单元；所述辅助控制单元实物系统用于产生PWM脉冲信号控制辅助逆变器按照变压变频方式或恒压恒频方式工作，以及用于控制电池充电机对蓄电池进行充电；所述辅助变流器仿真系统包括辅助逆变器仿真单元和电池充电机仿真单元；所述信号调理单元分别与辅助控制单元实物系统和辅助变流器仿真系统相连接，该信号调理单元用于将辅助控制单元实物系统输出的信号转换为辅助变流器仿真系统识别的信号，以及将辅助变流器仿真系统输出的信号转换为辅助控制单元实物系统识别的信号；所述辅助变流器仿真系统由dSPACE实时仿真器建立；另外，还包括电力机车控制单元实物系统，所述辅助控制单元实物系统还用于通过总线与电力机车控制单元实物系统进行数据交换；所述信号调理单元通过断路连接器与dSPACE实时仿真器相连接，其作为辅助控制单元实物系统和辅助变流器仿真系统之间的接口转换电路；所述dSPACE实时仿真器还通过LAN连接有工控机，所述工控机用于完成仿真模型下载、在线调整仿真模型参数和存储实时仿真数据；另外，还包括辅助负载仿真系统，其与辅助变流器仿真系统相连接，通过负载电机体现在仿真模型中。
辅助逆变器根据辅助控制单元ACU产生的PWM脉冲信号将主变流器输出的中间电压转化为变压变频或恒压恒频的交流电源，用于为机车上的风机、水泵和油泵等辅助负载供电；图2示出了本发明所述辅助逆变器的电路原理图，如图2所示，辅助逆变器采用三相电压型逆变器结构，其由6支IGBT和与其反并联的二极管构成，引入A，B，C桥臂的开关变量Sa、Sb、Sc，Si=1表示该桥臂上管（IGBT或续流二极管）导通，Si=0表示该桥臂下管导通，i=a,b,c。为了防止上下桥臂同时导通造成短路，上下桥臂驱动信号中会设置一定的死区时间，此时IGBT连接的反并联二极管起续流作用。若需要通过实际电流方向来修正开关逻辑变量Sa、Sb、Sc，可计算出数学模型，进而利用MATLAB/Simulink设计出仿真模型。
电池充电机采用单相半桥方波高频逆变电路，将输入的直流电转变为交流电，再通过高频变压器隔离和降压，以及通过全波整流电路和滤波电路变为稳定的直流电，用于向蓄电池充电和DC110V电压等级的负载提供直流电源；图3示出了本发明所述电池充电机的电路原理图，如图3所示，电池充电机的输入电源为三相交流电，输出为直流电压，供给外部电池充电。
本发明所述辅助变流器仿真系统由dSPACE实时仿真器建立，所述dSPACE实时仿真器与MATLAB/Simulink完全无缝连接，首先根据图2示出的辅助逆变器的电路原理图和图3示出的电池充电机的电路原理图建立数学模型，其中充电机电路划分为四个部分进行建模：无控整流部分、逆变部分（包含电感）、变压器部分、输出滤波部分，根据数学模型即可搭建出电池充电机的仿真模型。再利用MATLAB/Simulink搭建图4示出的辅助逆变器的仿真电路图和图5示出的电池充电机的仿真电路图，通过给定电机频率，仿真输出电压和电流波形，仿真结果均满足输入输出要求，从而确定选定的辅助变流系统电路以及符合设计要求的元器件。
图6示出了本发明辅助变流器的仿真电路图，其为综合了辅助逆变器和电池充电机的仿真模型即仿真电路图而搭建出的整个辅助变流器的仿真模型即仿真电路图，通过给定电机的数据进行仿真，仿真结果接近实际测试结果，模型基本满足设计要求，之后将仿真模型下载到dSPACE实时仿真器中，通过dSPACE实时仿真器提供的产品级代码生成工具TargetLink，将MATLAB/Simulink环境中搭建的模型自动生成产品级代码，如图1所示的半实物仿真平台，辅助控制单元实物系统通过信号调理单元连接辅助变流器仿真系统，完成系统闭环仿真测试
本发明提供的电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，缩短了辅助控制单元的开发周期，节约了成本，通过半实物仿真平台的输入输出数据分析实际系统中各参数对系统的控制性能的影响，实现系统参数的优化配置，利于控制电路调试和开发高性能控制策略，从而为满足实际电力机车辅助变流系统的性能要求提供可靠的设计依据，可以完成电力机车辅助变流供电系统如空载、启动，带载和负载投切等性能试验的实时仿真。
本发明所述半实物仿真平台以dSAPCE实时仿真器为核心，实现对电力机车交流辅助变流供电系统的模拟，满足电力机车辅助控制单元ACU硬件在回路实时仿真的基本要求，可以模拟电力机车辅助变流系统实际运行工况，实现系统参数的最优配置，研究辅助变流器数字控制器的控制特性，便于控制电路调试和开发高性能控制策略。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，其特征在于包括：
辅助控制单元实物系统、辅助变流器仿真系统和信号调理单元；
所述辅助控制单元实物系统用于产生PWM脉冲信号控制辅助逆变器按照变压变频方式或恒压恒频方式工作，以及用于控制电池充电机对蓄电池进行充电；
所述辅助变流器仿真系统包括辅助逆变器仿真单元和电池充电机仿真单元；
所述信号调理单元分别与辅助控制单元实物系统和辅助变流器仿真系统相连接，该信号调理单元用于将辅助控制单元实物系统输出的信号转换为辅助变流器仿真系统识别的信号，以及将辅助变流器仿真系统输出的信号转换为辅助控制单元实物系统识别的信号；
所述辅助变流器仿真系统由dSPACE实时仿真器建立。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车辅助控制单元半实物仿真平台，其特征在于还包括电力机车控制单元实物系统，所述辅助控制单元实物系统还用于通过总线与电力机车控制单元实物系统进行数据交换。
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