CN108073086A - 即时模拟系统 - Google Patents

Abstract

本公开关于一种即时模拟系统，适用于测试控制器，控制器输出控制信号控制电源转换器及交流马达的运行，使交流马达驱动机械负载同步运行，即时模拟系统包含：即时模拟模块，用以建构模拟挂载机械负载的交流马达的行为动态的第一模型，产生第一模拟结果并传送至控制器；负载模拟模块，用于建构模拟机械负载的行为动态的第二模型，产生第二模拟结果并传送至即时模拟模块，使即时模拟模块依据第二模拟结果调整第一模型的模拟运算；以及操作管理与监控模块，用以监控即时模拟模块及负载模拟模块的运行并调整。本公开的即时模拟系统可减少测试控制器所产生的成本、提升操作人员的安全性、减少模拟时的复杂性及时间、适用性较佳、且系统构成成本较低。

Description

即时模拟系统

技术领域

本公开涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种用来测试可控制电源转换器及交流马达的控制器，且可即时监控模拟情况的即时模拟系统。

背景技术

一般常见的交流马达驱动系统中，包含电源转换器和控制器，控制器是输出控制信号来控制电源转换器的运行，电源转换器则依据控制信号来转换所接收的电源，进而调整所输出的输出电压的震幅及频率等，从而控制交流马达的转速及输出转矩等性能。故控制器是影响交流马达驱动系统的效能的最大关键之一，因此，针对控制器的性能作完整测试是必要且关键的步骤。

传统的控制器的测试方式为测试人员直接进行实机测试，即控制器直接置于交流马达驱动系统中，并将交流马达连接于电源转换器，而交流马达的转子轴则挂接一机械负载，藉此在交流马达驱动系统运行的情况下，以各种不同负载情况来测试控制器的性能，然而于上述的测试方式中，实机测试所需的实体设备、厂房空间、电力耗损及设备维护皆需耗费极大成本，同时因进行实机测试前尚不清楚了解控制器的性能，直接以实际设备进行测试，有相当高的机会产生爆炸，而危害操作人员的安全。

幸而拜技术发展之赐，如今针对控制器的性能测试，可使用即时模拟系统来模拟控制器的工作环境，而不需利用实际设备进行测试。目前的即时模拟系统是利用单一的运算单元来同步模拟控制器工作环境中的电源、电源转换器、交流马达的动态及机械负载的动态等等，并将即时模拟的结果回传至控制器，以形成完整回路，藉此了解控制器的性能。

然而因交流马达、电源转换器及电源转换器所接收的电源相较于机械负载在动态变化上实存在着不同的变化速度差异(交流马达、电源转换器及电源转换器所接收的电源的动态变化速度相对较快，机械负载的动态变化速度相对较慢)，故在进行即时模拟时，交流马达、电源转换器及电源转换器所接收的电源及机械负载所需的运算速度及精度相差甚多，而由于目前即时模拟系统仅使用单一的运算单元来进行模拟，如此一来，单一的运算单元并无法符合不同的运算需求而导致浪费即时模拟系统的运算资源，进而使得即时模拟系统的构成成本较高。另外，目前的即时模拟系统并无法同时对模拟结果进行即时监控及调整模拟环境所需的相关参数，故增加即时模拟系统在模拟时的复杂性及时间。此外，在上述的即时模拟系统中，控制器需包含于即时模拟系统的运算回路中而无法独立，因而若欲测试不同的控制器时，皆需重新调整即时模拟系统内部的回路设计，如此一来，将造成即时模拟系统的适用性不佳。

因此，如何发展一种克服上述缺点的即时模拟系统，实为目前迫切的需求。

发明内容

本公开的主要目的在于提供一种即时模拟系统，从而解决现有即时模拟系统具有构成成本较高、模拟的复杂性及模拟时间较高以及适用性不佳等缺失。

为达上述目的，本公开的一优选实施方式为提供一种即时模拟系统，适用于测试控制器，控制器输出控制信号控制电源转换器及交流马达的运行，使交流马达驱动机械负载同步运行，即时模拟系统包含：即时模拟模块，用以建构模拟电源转换器所接收的电源、电源转换器及挂载机械负载的交流马达的行为动态的第一模型，并于接收控制信号时将控制信号代入第一模型而开始进行模拟运算，以产生第一模拟结果，且即时模拟模块包含第一通信接口以及至少一第一输出输入单元，至少一第一输出输入单元传送第一模拟结果至控制器，并接收控制信号；负载模拟模块，用于建构模拟机械负载的行为动态的第二模型，并于模拟运算时产生第二模拟结果，且包含第二通信接口及至少一第二输出输入单元，第二通信接口与第一通信接口相通信，其中第二模拟结果经由至少一第二输出输入单元传送至至少一第一输出输入单元，或经由第二通信接口传送至第一通信接口，使即时模拟模块依据第二模拟结果调整对于第一模型的模拟运算；以及操作管理与监控模块，用以监控即时模拟模块及负载模拟模块的运行，且包含人机界面、显示单元及第三通信接口，第三通信接口与第一通信接口相通信，使操作管理与监控模块和即时模拟模块彼此沟通，且第三通信接口经由第一通信接口与第二通信接口相通信，使操作管理与监控模块和负载模拟模块彼此沟通，显示单元用以显示即时模拟模块及负载模拟模块的运行状态、第一模拟结果及第二模拟结果，人机界面接收使用者命令，以依据使用者命令并通过第三通信接口与第一通信接口设定第一模型所需的相关参数，并依据使用者命令通过第三通信接口、第一通信接口及第二通信接口而设定第二模型所需的相关参数。

附图说明

图1为本公开优选实施例的即时模拟系统的电路结构示意图。

图2为图1所示的即时模拟系统的另一变化例的电路结构示意图。

附图标记说明：

10：即时模拟系统

20：控制器

11：即时模拟模块

111：第一通信接口

112：第一输出输入单元

113：第一存储单元

114：第一运算单元

115：状态显示单元

12：负载模拟模块

121：第二通信接口

122：第二输出输入单元

123：第二存储单元

124：第二运算单元

13：操作管理与监控模块

131：第三通信接口

132：人机界面

133：第三存储单元

134：第三运算单元

135：显示单元

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上当作对其进行说明用，而非架构于限制本公开。

请参阅图1，其为本公开优选实施例的即时模拟系统的电路结构示意图。如图1所示，即时模拟系统10适用于测试一控制器20，其中控制器20可输出一控制信号来控制一交流马达驱动系统的一电源转换器及一交流马达的运行，使交流马达驱动一机械负载同步运行，而即时模拟系统10包含一即时模拟模块11、一负载模拟模块12及一操作管理与监控模块13。

即时模拟模块11用以建构模拟电源转换器所接收的电源、电源转换器及挂载机械负载的交流马达的行为动态的一第一模型，当即时模拟模块11尚未接收到控制器20所输出的控制信号时，即时模拟模块11将处于待机状态，而当模拟模块11接收到控制器20所输出的控制信号时，即时模拟模块11立即将控制信号代入第一模型并开始进行模拟运算，以产生一第一模拟结果，且即时模拟模块11包含一第一通信接口111及至少一第一输出输入单元112，例如图1所示的单一第一输出输入单元112。当即时模拟系统10与控制器20连接时，第一输出输入单元112接收控制器20所输出的控制信号，亦可传送第一模拟结果至控制器20。于一些实施例中，当即时模拟系统10与控制器20连接时，第一通信接口111可与控制器20相通信，使即时模拟模块11与控制器20彼此沟通。

负载模拟模块12用于建构模拟机械负载的行为动态的第二模型，并于模拟运算时产生一第二模拟结果，且包含一第二通信接口121及至少一第二输出输入单元122，例如图1所示的单一第二输出输入单元122，第二通信接口121与第一通信接口111相通信，使即时模拟模块11与负载模拟模块12彼此沟通。第二输出输入单元122是与第一输出输入单元112电连接，当负载模拟模块12产生第二模拟结果时，第二模拟结果可经由至第二输出输入单元122传送至第一输出输入单元112，或经由第二通信接口121传送至该第一通信接口111，使即时模拟模块11依据第二模拟结果调整对于第一模型的模拟运算，例如针对即时模拟模块11所模拟的交流马达所挂载的机械负载的负载转矩量进行调整等。

操作管理与监控模块13用以即时监控即时模拟模块11及负载模拟模块12的运行，且包含一第三通信接口131、一显示单元135及一人机界面132。第三通信接口131与第一通信接口111相通信，使操作管理与监控模块13和即时模拟模块11彼此沟通，且第三通信接口131经由第一通信接口111与第二通信接口121相通信，使操作管理与监控模块13和负载模拟模块12彼此沟通，其中显示单元135可为但不限于由显示面板所构成。显示单元135用以显示即时模拟模块11及负载模拟模块12的运行状态、第一模拟结果及第二模拟结果。人机界面132接收一使用者命令，并依据使用者命令而通过第三通信接口131与第一通信接口111设定第一模型所需的相关参数，且依据使用者命令通过第三通信接口131、第一通信接口111及第二通信接口121而设定第二模型所需的相关参数。其中人机界面132可为但不限于键盘、触控屏幕等。

由上述可知，本公开的即时模拟系统10可通过即时模拟模块11建构模拟电源转换器所接收的电源、电源转换器及挂载机械负载的交流马达的行为动态，且通过负载模拟模块12模拟机械负载的行为动态，使得控制器20可利用即时模拟系统10来进行测试，如此一来，控制器20并无需以实机方式进行测试，故可减少测试控制器20所产生的成本，同时提升操作人员在测试时的安全性。另外，本公开的即时模拟系统10可利用第一通信接口111、第二通信接口121及第三通信接口131的相互通信使得操作管理与监控模块13得以与即时模拟模块11及负载模拟模块12沟通，从而由显示单元135显示即时模拟模块11及负载模拟模块12的运行状态、第一模拟结果及第二模拟结果，并同时通过人机界面132来接收使用者命令，以设定第一模型及第二模型所需的相关参数，因此本公开的即时模拟系统10可即时监控模拟情形并进行调整，故可减少模拟时的复杂性及时间。此外，本公开的即时模拟系统10与控制器20为相互独立，亦即控制器20无需包含于即时模拟系统10的运行回路中，如此一来，即时模拟系统10仅需接收控制器20所输出的控制信号，并将测试需求所需的相关信息通过第一通信接口111或第一输出输入单元112传回至控制器20，因此本公开的即时模拟系统10可适用于不同种类的控制器20而实现各种控制器20随插即用的技术效果，故本公开的即时模拟系统10的适用性优选。更甚者，由于本公开的即时模拟模块11是建构模拟电源转换器所接收的电源、电源转换器及挂载机械负载的交流马达的行为动态，而负载模拟模块12模拟机械负载的行为动态，因此即时模拟模块11可采用较高阶的运算架构来构成，而负载模拟模块12则可采用较低阶的运算架构来构成，如此一来，并不会有运算资源的浪费，故使得本公开的即时模拟系统10的构成成本可降低。

请再参阅图1，于一些实施例中，即时模拟模块11包含一第一存储单元113、一第一运算单元114及一状态显示单元115。第一存储单元113可储存第一模型以及第一模拟结果。第一运算单元114可由但不限于运算速度较快的场效可程序化逻辑门阵列(FPGA)构成，但不限于此，用以进行即时模拟模块11所需的运算，例如第一运算单元114可读取储存于第一存储单元113内的第一模型，并在即时模拟模块11接收到控制器20所传来的控制信号时，将控制信号代入第一模型而开始进行运算，以产生第一模拟结果。状态显示单元115用以显示即时模拟模块11的工作状态(如上电中、模拟中、异常等)，且状态显示单元115可为但不限于由一指示灯所构成。另外，第一模型可以数学方式(如微分方程式)描述挂载机械负载的交流马达、电源转换器所接收的电源、电源转换器三者随时间变动的行为动态。操作管理与监控模块13则可通过人机界面132接收使用者命令，并经由第三通信接口131及第一通信接口111重新载入第一存储单元113内的第一模型或第一模型的参数。

负载模拟模块12包含一第二运算单元124及一第二存储单元123。第二存储单元123可储存第二模型以及第二模拟结果。第二运算单元124所需的运算速度相较于第一运算单元114较慢，因此第二运算单元124可由一微控制单元(MCU)构成，但不限于此，用以进行负载模拟模块12所需的运算，例如第二运算单元124可以读取储存于第二存储单元123内的第二模型，并进行运算以产生第二模拟结果。此外，第二模型是以数学方式(如微分方程式)描述机械负载随时间变动的行为动态。而操作管理与监控模块13可通过人机界面132接收使用者命令并经由第三通信接口131、第一通信接口111及第二通信接口121重新载入第二存储单元123内的第二模型或修改第二模型的参数。

因即时模拟模块11建构模拟挂载机械负载的交流马达的行为动态，负载模拟模块12则建构模拟机械负载的行为动态，又机械负载的行为动态实际上是影响挂载机械负载的交流马达的行为动态，即负载模拟模块12的第二模拟结果是影响即时模拟模块11对于第一模型的模拟运算，故即时模拟模块11需接收负载模拟模块12所模拟的第二模拟结果，以调整对于第一模型的模拟运算。在一实施例中，即时模拟模块11经由第一输出输入单元112及第二输出输入单元122接收第二运算单元124所产生的第二模拟结果，使即时模拟模块11依据第二模拟结果调整对于第一模型的模拟运算。而在另一实施例中，即时模拟模块11可经由第一通信接口111及第二通信接口121读取储存于第二存储单元123的第二模拟结果，以依据第二模拟结果调整对于第一模型的模拟运算。

另外，即时模拟模块11的第一输出输入单元112接收控制器20所输出的控制信号，而即时模拟模块11的第一输出输入单元112亦传送第一模拟结果至控制器20，而负载模拟模块12的第二输出输入单元122输出第二模拟结果至第一输出输入单元112，故第一输出输入单元112的类型需对应于控制器20所输出的控制信号的形式，而第二输出输入单元122的类型则需对应第一输出输入单元112的类型，因此，在一实施例中，控制器20所输出的控制信号为数字信号，故第一输出输入单元112则对应由数字输出输入单元所构成，第二输出输入单元122亦对应由数字输出输入单元所构成。在另一实施例中，控制器20所输出的控制信号为模拟信号，故第一输出输入单元112则对应由模拟输出输入单元所构成，第二输出输入单元122亦对应由模拟输出输入单元。而在又一实施例中，如图2所示，即时模拟模块11可包含两个第一输出输入单元112，其中的一第一输出输入单元112由数字输出输入单元所构成，另一个第一输出输入单元112由模拟输出输入单元所构成，而负载模拟模块12亦包含两个第二输出输入单元122，其中的一第二输出输入单元122由数字输出输入单元所构成，另一个第二输出输入单元122由模拟输出输入单元所构成，故当控制器20所输出的控制信号为数字信号时，则即时模拟模块11是利用为数字输出输入单元的第一输出输入单元112来与控制器20进行信号的传递，而当控制器20所输出的控制信号为模拟信号时，即时模拟模块11则利用为模拟输出输入单元的第一输出输入单元112来与控制器20进行信号的传递，此外，为数字输出输入单元的第一输出输入单元112则与为数字输出输入单元的第二输出输入单元122进行信号的传递，为模拟输出输入单元的第一输出输入单元112则与为模拟输出输入单元的第二输出输入单元122进行信号的传递。

请再参阅图1，操作管理与监控模块13还可包含第三存储单元133及第三运算单元134。第三存储单元133可提供操作管理与监控模块13所需的储存功能，且可经由第三通信接口131及第一通信接口111接收并储存第一模拟结果，并经由第三通信接口131、第一通信接口111及第二通信接口121接收并储存第二模拟结果。第三运算单元134用以进行操作管理与监控模块13所需的相关运算。更甚者，在即时模拟模块11及负载模拟模块12分别进行多个次模拟，而第三存储单元133储存多个第一模拟结果及多个第二模拟结果时，人机界面132可接收使用者命令而第三运算单元134对不同模拟结果进行比对，且将比对结果显示于显示单元135。

综上所述，本公开提供一种即时模拟系统，以供控制器进行测试，其中即时模拟系统的即时模拟模块建构模拟电源转换器所接收的电源、电源转换器及挂载机械负载的交流马达的行为动态的第一模型，而负载模拟模块模拟机械负载的行为动态的第二模型，此外，操作管理与监控模块可与即时模拟模块及负载模拟模块沟通，并设定第一模型及第二模型所需的相关参数，更甚者，本公开的即时模拟系统与控制器为相互独立，故控制器无需包含于即时模拟系统的运行回路中，又因即时模拟模块可采用较高阶的运算架构来构成，而负载模拟模块则可采用较低阶的运算架构来构成，故本公开的即时模拟系统可达到减少测试控制器所产生的成本、提升操作人员在测试时的安全性、减少模拟时的复杂性及时间、适用性较佳及构成成本可降低等技术效果。

Claims (12)

1.一种即时模拟系统，适用于测试一控制器，该控制器是输出一控制信号控制一电源转换器及一交流马达的运行，使该交流马达驱动一机械负载同步运行，该即时模拟系统是包含：

一即时模拟模块，用以建构模拟该电源转换器所接收的一电源、该电源转换器及挂载该机械负载的该交流马达的行为动态的一第一模型，并于接收该控制信号时将该控制信号代入该第一模型而开始进行模拟运算，以产生一第一模拟结果，且该即时模拟模块包含一第一通信接口以及至少一第一输出输入单元，该至少一第一输出输入单元传送该第一模拟结果至该控制器，并接收该控制信号；

一负载模拟模块，用于建构模拟该机械负载的行为动态的一第二模型，并于模拟运算时产生一第二模拟结果，且包含一第二通信接口及至少一第二输出输入单元，该第二通信接口与该第一通信接口相通信，其中该第二模拟结果是经由该至少一第二输出输入单元传送至该至少一第一输出输入单元，或经由该第二通信接口传送至该第一通信接口，使该即时模拟模块依据该第二模拟结果调整对于该第一模型的模拟运算；以及

一操作管理与监控模块，用以监控该即时模拟模块及该负载模拟模块的运行，且包含一人机界面、一显示单元及一第三通信接口，该第三通信接口与该第一通信接口相通信，使该操作管理与监控模块和该即时模拟模块彼此沟通，且该第三通信接口是经由该第一通信接口与该第二通信接口相通信，使该操作管理与监控模块和该负载模拟模块彼此沟通，该显示单元是用以显示该即时模拟模块及该负载模拟模块的运行状态、该第一模拟结果及该第二模拟结果，该人机界面是接收一使用者命令，以依据该使用者命令并通过该第三通信接口与该第一通信接口设定该第一模型所需的相关参数，并依据该使用者命令通过该第三通信接口、该第一通信接口及该第二通信接口而设定该第二模型所需的相关参数。

2.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该即时模拟模块还包含：

一第一存储单元，用以储存该第一模型及该第一模拟结果；

一第一运算单元，用以读取储存于该第一存储单元内的该第一模型，并将该控制信号代入该第一模型而开始进行模拟运算，以产生该第一模拟结果；以及

一状态显示单元，用以显示该即时模拟模块的工作状态。

3.如权利要求2所述的即时模拟系统，其中该第一运算单元由一场效可程序化逻辑门阵列构成。

4.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该负载模拟模块还包含：

一第二存储单元，用以储存该第二模型及该第二模拟结果；以及

一第二运算单元，用以读取储存于该第二存储单元内的该第二模型，并进行模拟运算，以产生该第二模拟结果。

5.如权利要求4所述的即时模拟系统，其中该第二运算单元由一微控制单元所构成。

6.如权利要求4所述的即时模拟系统，其中该即时模拟模块是经由该至少一第一输出输入单元及该至少一第二输出输入单元接收该第二运算单元所产生的该第二模拟结果，使该即时模拟模块依据该第二模拟结果调整对于该第一模型的模拟运算。

7.如权利要求4所述的即时模拟系统，其中该即时模拟模块是经由该第一通信接口及该第二通信接口读取储存于该第二存储单元的该第二模拟结果，以依据该第二模拟结果调整对于该第一模型的模拟运算。

8.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中当该即时模拟模块未接收该控制信号时，该即时模拟模块处于待机状态。

9.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该至少一第一输出输入单元为数字输出输入单元，该至少一第二输出输入单元为数字输出输入单元。

10.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该至少一第一输出输入单元为模拟输出输入单元，该至少一第二输出输入单元为模拟输出输入单元。

11.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该至少一第一输出输入单元包含两个第一输出输入单元，其中的一该第一输出输入单元为数字输出输入单元，另一个该第一输出输入单元为模拟输出输入单元，而该至少一第二输出输入单元包含两个第二输出输入单元，其中的一该第二输出输入单元为数字输出输入单元，另一个该第二输出输入单元为模拟输出输入单元。

12.如权利要求1所述的即时模拟系统，其中该操作管理与监控模块还包含：

一第三存储单元，经由该第三通信接口及该第一通信接口接收并储存该第一模拟结果，且经由该第三通信接口、该第一通信接口及该第二通信接口接收并储存该第二模拟结果；以及

一第三运算单元，用以进行该操作管理与监控模块所需的运算。