CN105005293B - 用于实时测试控制器的计算机执行的方法和模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明说明一种用于利用模拟器实时测试控制器的计算机执行的方法和一种相应的模拟器，模拟器和控制器具有各自的I/O接口并且通过它们的I/O接口借助数据通道连接，并且控制器将换流器控制数据传输给模拟器，模拟器借助换流器控制数据和电负载模型在不考虑通过换流器引起的电流间歇的情况下计算负载电流和负载电压。实时测试按照如下方式以较高精确性实现：在模拟器上附加地构造控制技术的观测器，观测器在考虑换流器控制数据的情况下并且利用观测器负载模型至少计算负载电流，以此探测负载电流的过零和电流间歇，观测器在探测到电流间歇时计算电补偿参量，使得在存在电流间歇时在以补偿参量对负载模型中的电负载附加地加载的情况下计算负载电流。

Description

用于实时测试控制器的计算机执行的方法和模拟器
技术领域
本发明涉及一种用于利用模拟器实时测试控制器的计算机执行的方法和一种相应的模拟其，其中，模拟器具有模拟器I/O接口，控制器具有控制器I/O接口，并且控制器和模拟器通过它们的I/O接口借助至少一个数据通道相互连接并且控制器通过数据通道将换流器控制数据传输给模拟器，模拟器借助换流器控制数据和借助电负载模型在不考虑通过换流器引起的电流间歇(Stromlücke)的情况下作为电负载状态参量计算负载电流和负载电压并且将所述负载状态参量的至少一部分传输到控制器。
背景技术
所述类型的用于控制器测试的方法长久以来已知并且在控制器研发的许多领域内在如下情况下使用，即，应该根据正确的功能性来检查控制器或在控制器上执行的算法，而无须将控制器置于其“真正的”工作环境中。在本情况下，控制器产生换流器控制数据，所述换流器控制数据用于适合地操控换流器的通常借助半导体开关元件(IGBT、IGCT等)实现的功率开关。换流器用于能量源和电负载之间的能量转换。通过操控换流器的功率开关，换流器可以在直流电压和交流电压之间或在直流电流和交变电流之间变换(vermitteln)。如果能量源提供直流电压并且通过换流器以交流电压驱动负载，则换流器作为逆变器工作，在相反的情况下、即能量源提供交流电压并且借此通过换流器以直流电压驱动负载，则换流器作为整流器工作。
与换流器的工作方式无关地，模拟器在这里所观察的使用情况下用于：不仅模拟换流器连同其功率开关而且模拟通过换流器馈电的电负载。实际存在的控制器因而作为“硬件在环(Hardware-in-the-Loop)”与模拟器一起运行，其中，模拟器借助数学地模拟电负载的电负载模型并且在使用源于控制器的换流器控制数据的情况下计算电负载状态参量并且必要时将其传回到控制器。控制器的这样实现的硬件在环测试能在实验室条件下实现可重复的、可靠的、自动化的并且借此最终低成本的测试流程。
在通常的实际中出现的使用情况下，电负载具有阻止负载电流不连续改变的感性分量。为了在操纵换流器的功率开关和与此必要时关联的电压极性转换之后，在电负载上负载电流也仍然可以沿在转换时刻之前流动的方向继续流动，二极管通常反并联地与换流器的功率开关连接，所述二极管还可以这样长时间地引导电流，直到电流变为零；然后二极管截止。
对于当换流器的所有给负载馈电的功率开关截止时负载电流变为零的情况，电流这样长时间地保持为零，直到馈电的功率开关之一重新切换成导电，亦即切换至与馈电的负的或正的电源电压连接。负载电流保持为零通常称为电流间歇，所述运行状态称为间歇运行。电流间歇例如在无刷的直流电机和逆变器的如下运行方式中出现，在所述运行方式中与功率开关的互补的操控相偏离。此外，电流间歇在特殊情况下出现，例如在永磁激励的同步电机的短时接合制动时，但也在电气故障时。
即使电流间歇的原因在电气技术上能无问题地追踪(nachvollziehbar)并且所产生的电流曲线也在考虑电流间歇的情况下能出于该原因而相对简单地计算，在实时条件下换流器馈电的电负载的状态参量的计算绝对是非常显著的问题。在计算间歇运行中的负载状态参量时的困难在于，负载模型在进入电流间歇时经历结构上的转换，负载电流这时不再可以在使用按照方程的负载描述的情况下来计算，所述负载描述在自由的电流路径时使用。对这样的结构转换的数值处理不是基本性质上的问题，但经常在实时要求下不能负担。
当负载模型不必实时(一秒的模拟时间对应于一秒的实时)计算时，亦即实际上任意多时间地可供使用时，则例如可以使用具有变化的步长和过零识别的计算方法，以便以高的精确性识别换流器的内部的接通时刻、亦即例如基于二极管进入截止的电流间歇，从而负载模型在考虑电流间歇的情况下也可以以高的精度来计算。本身经常迭代进行的具有变化的步长的数值方法和用于确定零点的数值方法虽然能够实现维持预定的误差限度，然而对于计算步骤所需要的时间可能受到显著的波动，从而不能可靠地维持实时条件。
如果备选地使用具有恒定的步长的对于实时模拟证实可靠的数值方法，则必须非常小地选择计算步长，以便以仅小的延迟识别电流过零，从而通过对内部的切换事件的延迟考虑而引起的不精确性保持尽可能小。换流器的切换周期持续时间与实时计算的步长的比例应该处于>100的范围内，因为导致电流间歇的内部的切换事件否则只以差于(关于变流器的切换周期持续时间的)1％的时间分辨率来检测。可容易看出，在实时条件下这样的过度扫描使得在模拟器上的模拟步骤内对负载模型的非常快速的计算成为必需。这在使用模拟器中的常规处理器的情况下目前可能对于例如1kHz的范围内的非常低的切换频率来说可实现(这在所提出的一百倍的过度扫描时总是意味着仅10μs的计算步长)。
由于上面提到的原因，为了计算通过换流器操控的电负载的负载状态参量经常使用所谓的平均值模型作为负载模型，在这些模型中，有意地放弃：考虑和能够分辨在换流器的切换周期内的内部的切换过程，并且在这些模型中，负载状态参量在变流器的切换周期内的变化曲线也不重要。在平均值模型中，在扫描时刻不是计算感兴趣的负载状态参量的瞬时值，而是计算负载状态参量在过去的计算区间上的平均值。如果负载模型的计算周期与换流器的切换周期相一致，则平均值模型描述在上一个切换周期的负载电流和电压的平均值。用于借助电负载模型计算负载状态参量的该方法的缺点(所述方法不考虑由换流器引起的电流间歇)是在电流间歇的情况下不可避免的计算错误。这样的计算错误例如可以表现为不衰减的残余量或在电流零点附近的持续振荡，即使实际的负载电流本来必须停止。
发明内容
本发明的任务在于，可以以较高的精确性实施控制器的实时测试，即使为模拟电负载使用没有考虑通过换流器引起的电流间歇的负载模型。
按照本发明的用于利用模拟器实时测试控制器的方法解决了之前得出的并且指出的任务，按照本发明的方法的特征首先并且基本上在于，在模拟器上附加地构造控制技术的观测器并且观测器在考虑换流器控制数据的情况下并且利用观测器负载模型至少计算负载电流作为负载状态参量。观测器这样设计，使得所述观测器由所计算的负载电流探测负载电流的过零和由此引起的电流间歇，并且所述观测器在探测到电流间歇时这样计算电补偿参量，使得在存在电流间歇时利用负载模型以减少的误差在以补偿参量对负载模型中的电负载附加地加载的情况下进行负载电流的计算。
在模拟器上附加地构造的控制技术的观测器具有如下优点，即，不必适配模拟器的恰好不考虑电流间歇的负载模型，但然而通过观测器负载模型获得关于存在的电流间歇的信息。观测器例如可以在模拟器的另一个处理器上亦或只在本来要使用的处理器的另一个核上计算。观测器例如可以也在FPGA(现场可编程门阵列)上计算，当然这随之带来速度优点。当存在足够的计算能力时，观测器负载模型当然也可以在模拟器的同一个处理器上或也在模拟器的处理器的同一个核上与负载模型一起计算。
通过计算电补偿参量能够这样影响负载模型的计算，使得所述负载模型(无需计算中的结构转换)在计算区间结束时提供这样的结果，就像电流间歇从一开始就被考虑一样。负载模型可以(例如作为动态的平均值模型)保持其简单性，与间歇运行的以负载状态参量的较精确的计算意义的适配通过补偿参量进行，例如通过电压进行，以便电负载在正常运行中也要在计算上加载的电压以所述电压提高或减少。
按照所述方法的一种优选的实施方案规定，在观测器时间区间中进行观测器负载模型的计算，所述观测器时间区间通过换流器的外部的切换事件同步。由此可以设置，在观测器时间区间中总是实现切换事件的相同顺序，这随之带来不同的优点。当负载例如只包括欧姆分量和感性分量时，则用于负载电流的求解函数能够无问题地显性地给出。根据换流器控制数据在负载上施加不同的电压，所述电压导致通过指数函数可描述的电流曲线。在换流器的每个切换周期，功率开关经历导电的和截止的状态的不同组合，负载电流的变化曲线能够对于每个区间通过显性的数学表达式直接描述，由此电流的零点探测也是可能的。在电负载是RLC网络的较一般的情况下，电负载也通过线性微分方程描述，对于所述线性微分方程可给出封闭的函数作为求解函数，所述求解函数可以使用于观测器负载模型；在该情况下不必使用用于计算观测器负载模型的数值方法。
在所述方法的一种备选的实施方案中规定，观测器负载模型是平均值模型，亦即其本身首先不考虑内部的切换事件并且借此不考虑模型的结构转换。观测器负载模型可以恰如本来存在的负载模型也通过使用数值方法计算，例如通过向后欧拉法(Backward-Euler-Verfahren)。这时优选规定，观测器负载模型的计算通过利用负载模型计算的负载状态参量驱动(treiben)。这意味着，在计算区间开始时使用来自负载模型的结果用于负载状态参量并且将其作为出发点用于计算观测器负载模型。尤其有利的是，考虑：负载模型基于由观测器模型计算的补偿参量可以以改善的精确性来计算。此外，由观测器模型不必强制地计算利用负载模型所确定的所有状态参量，因为观测器负载模型的任务主要在于计算一个补偿参量或多个补偿参量，而原本就不在于计算使用负载模型所确定的那些负载状态参量。
开头得出的任务此外间接通过包括计算机程序的计算机程序产品来解决，当所述计算机程序利用模拟器实施时，所述计算机程序具有用于实施之前产生的方法的软件手段。
所述任务也通过一种按照本发明的模拟器来解决，即，一种用于实时测试控制器的模拟器，其中，模拟器具有模拟器I/O接口，控制器具有控制器I/O接口，并且控制器和模拟器通过它们的I/O接口借助至少一个数据通道相互连接，并且控制器通过数据通道将换流器控制数据传输给模拟器，模拟器借助换流器控制数据和借助电负载模型在不考虑通过换流器引起的电流间歇的情况下作为电负载状态参量计算负载电流和负载电压，并且将所述负载状态参量的至少一部分传输到控制器，其特征在于，
—在模拟器上附加地构造有控制技术的观测器，
—观测器在考虑换流器控制数据的情况下并且利用观测器负载模型至少计算负载电流作为负载状态参量，
—观测器由所计算的负载电流探测负载电流的过零和由此引起的电流间歇，
—观测器在探测到电流间歇时这样计算电补偿参量，使得在存在电流间歇时利用负载模型以减少的误差在以补偿参量对负载模型中的电负载附加地加载的情况下进行负载电流的计算。
按照本发明的一种实施方式，通过负载模型模型化的负载是电动机、尤其是换向器电机、异步电动机或同步电机，其中，所述机器的一个线路或多个线路通过至少一个RLC网络、尤其是通过至少一个RL网络数学地模拟。
按照本发明的一种实施方式，在观测器时间区间中进行观测器负载模型的计算，所述观测器时间区间通过换流器的外部的切换事件同步，所述切换事件尤其是通过评估换流器控制数据来确定。
按照本发明的一种实施方式，观测器负载模型具有要计算的负载状态参量的至少一个显性函数。
按照本发明的一种实施方式，所述显性函数是形成观测器负载模型的线性微分方程的求解函数。
按照本发明的一种实施方式，其特征在于，观测器负载模型是平均值模型，尤其是其中观测器负载模型数值地计算。
按照本发明的一种实施方式，通过利用负载模型计算的负载状态参量驱动观测器负载模型的计算。
按照本发明的一种实施方式，观测器通过所计算的负载电流的正负号交换探测负载电流的过零和由此引起的电流间歇，尤其是通过在观测器时间区间的开始和结束时、尤其是在换流器的元件不通过相应的换流器控制数据接通的观测器时间区间的开始和结束时评估负载电流的值。
按照本发明的一种实施方式，利用负载电流的过零线性地近似计算观测器时间区间的电流曲线。
按照本发明的一种实施方式，观测器在探测到负载电流的过零和由此引起的电流间歇时计算电流间歇时间区间。
按照本发明的一种实施方式，观测器作为补偿参量计算补偿电压，其中，补偿电压尤其是与电流间歇时间区间与换流器的切换周期持续时间的比例有关。
附图说明
详细地现在给出不同的可能性来设计和进一步扩展按照本发明的用于利用模拟器实时测试控制器的方法。为此参阅优选的实施例结合附图的说明。图中：
图1示意性示出用于实施实时控制器测试的计算机执行的控制器和模拟器；
图2作为电气技术的电路图示意性示出换流器连同电负载(三相)；
图3示出用于操控换流器(单相)的功率开关的换流器控制信号的可能的变化曲线；
图4示意性示出换流器控制信号和在没有和存在电流间歇时出现的负载电流；
图5作为方框电路图示出利用用于识别电流间歇和计算补偿参量的观测器的按照本发明的方法；
图6示意性示出计算的补偿电压的作用和以补偿电压对电负载的附加加载；
图7示出在假设负载电流的线性变化曲线时对电流过零的近似计算，以及
图8示出在没有和存在观测器负载模型时对异步电动机的线路中的负载电流的数值计算。
具体实施方式
在图1中首先示出仪器技术的装置，利用所述装置可以实施用于利用模拟器2实时测试控制器1的方法。模拟器2具有模拟器I/O接口3并且控制器1具有控制器I/O接口4。控制器1和模拟器2通过它们的I/O接口3、4借助数据通道5相互连接。数据通道5可以通过一条唯一的串行数据线实现，也可以通过多个并行数据线实现，在本情况下对此不作考虑。重要的是，控制器1和模拟器2通过数据通道5可以交换数据。
控制器1是要测试的控制器，当前在其上执行用于操控换流器的算法。控制器1由于其程序设计和必要时根据控制器1通过控制器I/O接口4获得的外部数据来确定换流器控制数据6(例如以脉冲宽度调制信号(PWM信号)的形式)并且将其传输到模拟器2。模拟器2既不包含实际的换流器，也不包括实际的负载，而是在模拟器2中通过数学模型模拟两个构件，所述数学模型在这里称为电负载模型7。在图1中示出的构造对应于控制器1的硬件在环测试，因此控制器1的环境通过模拟器2和模拟器2内的计算来模拟。
负载模型7是这样的模型，在所述模型中，不考虑通过换流器引起的电流间歇；在示出的情况下负载模型7是欧姆感性负载的动态平均值模型。负载模型7作为电负载状态参量计算负载电流ix和负载电压ux。所述负载状态参量的至少一部分通过数据通道5从模拟器2又传输到控制器1，从而总体上执行控制。
在图2中以电路图的形式示出通过模拟器2对电负载状态参量的计算所基于的构件。在该情况下，换流器8构造为三相的并且负载模型7相应地包括三个线路(通过下标a、b、c表征)，所述三个线路分别通过欧姆感性负载Rs、Ls形成。所述负载例如可以是包括中央的星形接点的异步电动机。
换流器8每相分别包括两个功率开关，HSDX、LSDX，通过所述功率开关将相应的负载线路与正的馈电直流电压HSD(高侧驱动，High Side Drive)和负的馈电直流电压LSD(低侧驱动，Low Side Drive)连接。功率开关在这里出于简单性以HSDA、LSDA；HSDB、LSDB和HSDC、LSDC表示。换流器8的功率开关通过在这里作为脉冲宽度调制信号(PWM信号)存在的换流器控制数据6切换。PWM信号以已知的方式通过其在图2中作为DutyCycle_HSD、DutyCycle_LSD并且DutyCycle_Zero描述的占空比来表征；这些数据按照每相地传输。换流器控制数据6决定：所述功率开关HSDX、LSDX中的哪些接通或截止，从而通过评估换流器控制数据6可看出：在相应的负载线路上施加何种线路电压ua、ub、uc。在图2中示出的欧姆感性负载的情况下，负载模型7包括用于每个线路的线性微分方程。在已知馈电侧的电压ux的情况下，可以计算相应的负载电流ix(其中x＝a、b、c)。
图3对于一个线路示例性地示出以PWM信号形式的可能的换流器控制数据6，其切换功率开关HSDX、LSDX。由在图3中示出的作为换流器控制数据6的PWM信号产生用于正的和负的馈电电压(HSD、LSD)和用于零值区间的如下占空比，在所述零值区间中没有功率开关接通：
在所述方程中，TPWM表示PWM信号的周期持续时间。在无间歇的运行中，亦即在负载线路中至少一个功率开关HSDX、LSDX接通，或至少一个所述反并联的二极管仍能导电时，在每个线路中的负载电流通过如下微分方程描述(x＝a、b、c)：
在图4中再次示出在两个上面的部分图中对于负载线路以PWM信号形式的换流器控制数据6。在其下示出负载电流ix的可能变化曲线。在负载电流ix的上面的变化曲线中，电流总是保持为正，从而当两个功率开关截止、亦即不仅HSDX而且LSDX截止时(所属的PWM信号为状态“off(关)”)时，于是也还保证电流流动。不过在负载电流ix的下面的变化曲线中发生所谓的电流间歇，在所述电流间歇中，之前通过空载二极管引导负载电流ix变为零，参看图2。在该情况下负载电流ix必须强制性地保持为零，直到功率开关HSDX、LSDX重新接通。电流间歇时间区间在图4中以tzero1和tzero2表示。所述电流间歇的出现在如下方面是关键的，即，利用按照前提条件不考虑通过换流器8引起的电流间歇的负载模型7而只能实现负载状态参量并且尤其是负载电流ix的有误差的或不精确的计算。
所有负载模型7共同具有前述特性，在这里从所述负载模型出发。换流器的间歇运行不被考虑并且实际上也不能考虑的典型的负载模型7是所谓的平均值模型，在所述平均值模型中，例如在PWM区间内的要计算的状态参量的变化曲线不重要并且所述平均值模型利用负载状态参量的平均值计算或估算。
在图5中示出本身由现有技术已知的并且之前描述的方法的扩展，其特征在于，在模拟器2上附加地构造控制技术的观测器9，观测器9在考虑换流器控制数据6(在这里以Duty-Cycle_HSD/LSD/Zero的形式)的情况下并且利用观测器负载模型10至少计算负载电流ix作为负载状态参量，观测器9由计算的负载电流ix探测负载电流ix的过零和由此引起的电流间歇11并且观测器9在探测到电流间歇11时这样计算电补偿参量ucomp，使得在存在的电流间歇11时利用负载模型7以减少的误差在以补偿参量ucomp对负载模型7中的电负载附加地加载的情况下进行负载电流ix的计算。在示出的实施例中不仅正常的线路电压ux而且补偿电压ucomp代入所产生的电压ux *中。
因此构思在于，负载模型7保持其简单性、亦即在不考虑通过换流器8引起的电流间歇的情况下，但这样计算补偿参量，使得在利用以补偿参量ucomp增大的或减少的馈电参量对存在的负载模型7内的电负载加载时获得与当负载模型7考虑电流间歇(例如通过要计算的方程的结构上的转换)时相同的结果。
在电流间歇时通过计算补偿参量和以所计算的补偿参量ucomp对负载模型7中的电负载附加加载来对负载模型7的误差补偿的原理完全独立于通过负载模型7模型化的负载。典型地所述模型化的负载是电动机、尤其是换向器电机、异步电动机或同步电机，其中，所述机器的一个线路或多个线路通常通过RLC网络模拟，以良好的近似通过至少一个RL网络数学地模拟。
在图5中示出的实施例中，观测器负载模型10中的电负载通过代表RL网络的线性微分方程描述。观测器负载模型10通过数值方法计算，在这里在使用向后欧拉法的情况下计算。如在图5中可看出的，观测器负载模型10的计算通过负载状态参量ux驱动，所述负载状态参量来自负载模型7。
观测器9通过所计算的负载电流ix的正负号交换识别负载电流ix的过零，从而推断出由此引起的电流间歇11并且可以探测电流间歇11。当借助观测器负载模型10仅相应地在计算所基于的观测器时间区间的结束时计算负载电流ix的值时，则在观测器时间区间的开始和结束时通过评估负载电流ix的值进行电流间歇11的探测，其中，作为附加的信息从换流器控制数据6获得：负载电流ix的过零是否在如下区间中发生，在所述区间中给负载路径馈电的功率开关被截止，从而实际上存在间歇运行。
由图5得出，在没有识别出电流间歇的情况下，没有任何适配地计算负载模型7，这时不发生补偿参量ucomp的附加计算。负载模型7这时以在“正常情况”中产生的电压ux加载。然而当在功率开关的截止区间中识别到负载电流ix的过零时，则进行补偿参量ucomp计算，从而由线路电压ux和补偿参量ucomp,x的总和计算加载负载模型7的所产生的和校正的参量。亦即在电流过零时适用的是
而在没有电流过零时(没有间歇运行)继续适用的是：
图6借助以PWM信号6形式的换流器控制数据、负载电流ix和以补偿电压ucomp形式的补偿参量的变化曲线的简图阐明观测器9的作用原理。当负载电流ix只以简单的负载模型7计算时，不识别电流ix的过零并且因此不识别电流间歇11。负载模型7类似不管负载电流ix强制保持在零值上地以之前适用的按照方程的描述来进一步计算，这导致点线示出的错误电流曲线ix。构思在于，确定补偿电压ucomp，使得所述补偿电压结合换流器电压ux这样作用于负载电流ix通过简单的负载模型7的计算，使得产生负载电流ix的与在负载模型7中已经考虑间歇运行时相同的结果。在图6中可看出，通过补偿电压的附加作用，负载电流ix的变化曲线抬起(虚线的变化曲线ix)，从而电流在间歇区间结束时实际上下降到零并且不被错误地计算为负。
所需要的补偿电压ucomp的参量能够相当简单地计算，因为有误差地计算的通过线圈的电流(即在图6中负载电流ix的点线的变化曲线)对应于电压时间面积，亦即对应于在一定的时间作用到线圈上的电压，以便引起(有误差的)电流变化。利用如下认识，即，在图2中示出的三相负载的情况下，在间歇运行(ix＝0)期间在负载上的换流器侧的电压相同于所述三个线路的共同的星形接线相电压u0并且星形接线相电压可简单地如下计算：
只还存在关于间歇运行的持续时间的问题，亦即关于电流间歇时间区间tzero总和的问题。
在图7中示出负载电流ix的利用观测器负载模型10计算的变化曲线，其中，基于所述计算而已知在观测器时间区间的开始和结束的时刻t1、t2时负载电流ix的值ix,t1、ix,t2。如果在观察的观测器时间区间中所有给负载馈电的功率开关截止的话，在这里从这一点出发，通过计算的负载电流ix的正负号交换，可以推断出负载电流ix的过零，所述过零于是与电流间歇11相关联。为了使为确定零点不必使用耗费的迭代方法，通过负载在观测器时间区间中的电流曲线ix以负载电流ix的过零线性近似计算，如在图7中示出的。在该情况下，电流间歇时间区间tzero1,x能够简单地通过观测器9计算，因为仅要确定直线的零点。对于在图7中示出的情况对于电流间歇时间区间tzero1得出：
如果发生在具有区间界限t3和t4的电流间歇时间区间tzero2中的另一个电流间歇，则对应地适用：
以此于是在只执行PWM周期持续时间内的计算的平均值模型作为负载模型7的范围内，补偿电压如下计算
借助所述方程可良好看出，当作为补偿参量计算补偿电压ucomp时，补偿电压ucomp尤其是与电流间歇时间区间tzero与换流器的切换周期持续时间TPWM(或与计算区间内的电流时间区间的总和)的比例有关。在多相的系统中，对于每个线路实施示出的计算，其中，每个线路具有自己的观测器。负载模型7以如下电压加载，在如下电压中，通过观测器9计算的补偿电压ucomp,x增加到通过换流器切换的负载电压ux上，从而利用负载模型7对负载电流ix的计算基于负载上的总电压进行。
图8示出按照常规方式对负载电流ix的计算，亦即基于不考虑电流间歇的负载模型7(图8a)和基于相同的负载模型7，不过该负载模型以通过所述观测器9计算的补偿电压ucomp,x附加地加载(图8b)。在两个计算中，所有功率开关从时刻50ms起截止。图8a中的未校正的计算以负载电流ix的有误差的持续振荡结束，而通过观测器9校正的计算导致正确的静态的零负载电流ix。

Claims (40)

1.用于利用模拟器(2)实时测试控制器(1)的计算机执行的方法，其中，模拟器(2)具有模拟器I/O接口(3)，控制器(1)具有控制器I/O接口(4)，并且控制器(1)和模拟器(2)通过它们的I/O接口(3、4)借助至少一个数据通道(5)相互连接，并且控制器(1)通过数据通道(5)将换流器控制数据(6)传输给模拟器(2)，模拟器(2)借助换流器控制数据(6)和借助电负载模型(7)在不考虑通过换流器(8)引起的电流间歇(11)的情况下作为电负载状态参量计算负载电流(ix)和负载电压(ux)，并且将所述负载状态参量的至少一部分传输到控制器(1)，
其特征在于，
—在模拟器(2)上附加地构造控制技术的观测器(9)，
—观测器(9)在考虑换流器控制数据(6)的情况下并且利用观测器负载模型(10)至少计算负载电流(ix)作为负载状态参量，
—观测器(9)由所计算的负载电流(ix)探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)，
—观测器(9)在探测到电流间歇(11)时通过如下方式计算电补偿参量(ucomp)，即，使得在存在电流间歇(11)时利用电负载模型(7)以减少的误差在以补偿参量(ucomp)对电负载模型(7)中的电负载附加地加载的情况下进行负载电流(ix)的计算。
2.按照权利要求1所述的计算机执行的方法，其特征在于，通过电负载模型(7)模型化的负载是电动机，其中，所述电动机的一个线路或多个线路通过至少一个RLC网络数学地模拟。
3.按照权利要求1所述的计算机执行的方法，其特征在于，通过电负载模型(7)模型化的负载是电动机，其中，所述电动机的一个线路或多个线路通过至少一个RL网络数学地模拟。
4.按照权利要求2或3所述的计算机执行的方法，其特征在于，电动机是换向器电机、异步电动机或同步电机。
5.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，在观测器时间区间中进行观测器负载模型(10)的计算，所述观测器时间区间通过换流器的外部的切换事件同步。
6.按照权利要求5所述的计算机执行的方法，其特征在于，所述切换事件通过评估换流器控制数据(6)来确定。
7.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，观测器负载模型(10)具有要计算的负载状态参量(ix、ux)的至少一个显性函数。
8.按照权利要求7所述的计算机执行的方法，其特征在于，所述显性函数是形成观测器负载模型(10)的线性微分方程的求解函数。
9.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，观测器负载模型(10)是平均值模型。
10.按照权利要求9所述的计算机执行的方法，其特征在于，所述观测器负载模型(10)数值地计算。
11.按照权利要求9所述的计算机执行的方法，其特征在于，通过利用电负载模型(7)计算的负载状态参量(ux、ix)驱动观测器负载模型(10)的计算。
12.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，观测器(9)通过所计算的负载电流(ix)的正负号交换探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)。
13.按照权利要求12所述的计算机执行的方法，其特征在于，所述观测器(9)通过在观测器时间区间的开始和结束时评估负载电流(ix)的值来探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)。
14.按照权利要求13所述的计算机执行的方法，其特征在于，所述观测器时间区间是换流器的元件不通过相应的换流器控制数据(6) 接通的观测器时间区间。
15.按照权利要求12所述的计算机执行的方法，其特征在于，利用负载电流(ix)的过零线性地近似计算观测器时间区间的电流曲线。
16.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，观测器(9)在探测到负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)时计算电流间歇时间区间(tzero)。
17.按照权利要求16所述的计算机执行的方法，其特征在于，观测器(9)作为补偿参量计算补偿电压(ucomp)。
18.按照权利要求17所述的计算机执行的方法，其特征在于，补偿电压(ucomp)与电流间歇时间区间(tzero)与换流器的切换周期持续时间(TPWM)的比例有关。
19.按照权利要求17所述的计算机执行的方法，其特征在于，在电负载模型(7)中，将通过观测器(9)计算的补偿电压(ucomp)增加到通过换流器切换的负载电压(ux)上，从而基于负载上的总电压(ux *)进行利用电负载模型(7)对负载电流(ix)的计算。
20.按照权利要求1至3之一所述的计算机执行的方法，其特征在于，电负载模型(7)利用模拟器(2)的一个处理器计算并且观测器(9)利用模拟器(2)的另一个处理器计算或观测器(9)利用模拟器(2)的FPGA计算。
21.用于实时测试控制器(1)的模拟器(2)，其中，模拟器(2)具有模拟器I/O接口(3)，控制器(1)具有控制器I/O接口(4)，并且控制器(1)和模拟器(2)通过它们的I/O接口(3、4)借助至少一个数据通道(5)相互连接，并且控制器(1)通过数据通道(5)将换流器控制数据(6)传输给模拟器(2)，模拟器(2)借助换流器控制数据(6)和借助电负载模型(7)在不考虑通过换流器(8)引起的电流间歇(11)的情况下作为电负载状态参量计算负载电流(ix)和负载电压(ux)，并且将所述负载状态参量的至少一部分传输到控制器(1)，
其特征在于，
—在模拟器(2)上附加地构造有控制技术的观测器(9)，
—观测器(9)在考虑换流器控制数据(6)的情况下并且利用观测器负载模型(10)至少计算负载电流(ix)作为负载状态参量，
—观测器(9)由所计算的负载电流(ix)探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)，
—观测器(9)在探测到电流间歇(11)时通过如下方式计算电补偿参量(ucomp)，即，使得在存在电流间歇(11)时利用电负载模型(7)以减少的误差在以补偿参量(ucomp)对电负载模型(7)中的电负载附加地加载的情况下进行负载电流(ix)的计算。
22.按照权利要求21所述的模拟器(2)，其特征在于，通过电负载模型(7)模型化的负载是电动机，其中，所述电动机的一个线路或多个线路通过至少一个RLC网络数学地模拟。
23.按照权利要求21所述的模拟器(2)，其特征在于，通过电负载模型(7)模型化的负载是电动机，其中，所述电动机的一个线路或多个线路通过至少一个RL网络数学地模拟。
24.按照权利要求22或23所述的模拟器(2)，其特征在于，所述电动机是换向器电机、异步电动机或同步电机。
25.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，在观测器时间区间中进行观测器负载模型(10)的计算，所述观测器时间区间通过换流器的外部的切换事件同步。
26.按照权利要求25所述的模拟器(2)，其特征在于，所述切换事件通过评估换流器控制数据(6)来确定。
27.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，观测器负载模型(10)具有要计算的负载状态参量(ix、ux)的至少一个显性函数。
28.按照权利要求27所述的模拟器(2)，其特征在于，所述显性函数是形成观测器负载模型(10)的线性微分方程的求解函数。
29.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，观测器负载模型(10)是平均值模型。
30.按照权利要求29所述的模拟器(2)，其特征在于，所述观测器负载模型(10)数值地计算。
31.按照权利要求29所述的模拟器(2)，其特征在于，通过利用电负载模型(7)计算的负载状态参量(ux、ix)驱动观测器负载模型(10)的计算。
32.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，观测器(9)通过所计算的负载电流(ix)的正负号交换探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)。
33.按照权利要求32所述的模拟器(2)，其特征在于，所述观测器(9)通过在观测器时间区间的开始和结束时评估负载电流(ix)的值探测负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)。
34.按照权利要求33所述的模拟器(2)，其特征在于，所述观测器时间区间是换流器的元件不通过相应的换流器控制数据(6)接通的观测器时间区间。
35.按照权利要求32所述的模拟器(2)，其特征在于，利用负载电流(ix)的过零线性地近似计算观测器时间区间的电流曲线。
36.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，观测器(9)在探测到负载电流(ix)的过零和由此引起的电流间歇(11)时计算电流间歇时间区间(tzero)。
37.按照权利要求36所述的模拟器(2)，其特征在于，观测器(9)作为补偿参量计算补偿电压(ucomp)。
38.按照权利要求37所述的模拟器(2)，其特征在于，所述补偿电压(ucomp)与电流间歇时间区间(tzero)与换流器的切换周期持续时间(TPWM)的比例有关。
39.按照权利要求37所述的模拟器(2)，其特征在于，在电负载模型(7)中，将通过观测器(9)计算的补偿电压(ucomp)增加到通过换流器切换的负载电压(ux)上，从而基于负载上的总电压(ux *)进行利用电负载模型(7)对负载电流(ix)的计算。
40.按照权利要求21至23之一所述的模拟器(2)，其特征在于，电负载模型(7)利用模拟器(2)的一个处理器计算并且观测器(9)利用模拟器(2)的另一个处理器计算或观测器(9)利用模拟器(2)的FPGA计算。
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