CN108490805A - 一种直流无刷电机模拟设备及其控制方法 - Google Patents

一种直流无刷电机模拟设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种直流无刷电机模拟设备及其控制方法
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。
在数据回路方面，所述电压电流测量单元的数据输出端与电机仿真器的数据输入端相连，所述电机仿真器的数据输出端分别与DC-DC模块、电压电流控制器以及真实电机控制器相连，所述电压电流控制器的数据输出端与电压电流模拟电路相连，所述真实电机控制器的数据输出端与电机驱动器功率级相连。
所述电机驱动器功率级由六个绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)T1-T6构成，其中T1的发射极与T4的集电极相连形成桥臂1，T2的发射极与T5的集电极相连形成桥臂2，T3的发射极与T6的集电极相连形成桥臂3，T1、T2、T3的集电极相互连接形成上桥端，T4、T5、T6的发射极相互连接形成下桥端。所述桥臂1、桥臂2、桥臂3分别与负载模拟电感的一端相连，所述上桥端与直流电源Vdc的一端相连，所述下桥端与直流电源Vdc的另一端相连。所述电机驱动器功率级用于接收真实电机控制器发送的控制指令，驱动T1-T6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合。
所述电压电流模拟电路由六个绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)Q1-Q6、运算放大器模块A1以及数字模拟转换器A2构成，其中Q1的发射极与Q4的集电极相连形成电流控制端1，Q2的发射极与Q5的集电极相连形成电流控制端2，Q3的发射极与Q6的集电极相连形成电流控制端3，Q1、Q2、Q3的集电极相互连接形成上桥端，Q4、Q5、Q6的发射极相互连接形成下桥端，运算放大器模块A1的一端分为电压控制端1、电流控制端2和电流控制端3，所述运算放大器模块A1的数据输入端与数字模拟转换器A2的数据输出端相连。所述电流控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与负载模拟电感远离电机驱动器功率级的一端相连，所述上桥端与母线电容的一端相连，所述下桥端与母线电容的另一端相连，所述电压控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与电路开合装置远离电机驱动器功率级的一端相连。所述电压电流模拟电路用于接收电流电压控制器发送的控制指令，驱动Q1-Q6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合并控制运算放大器模块A1的输出电压。
所述电压电流测量单元主要由霍尔式电流传感器与模数转换器组成，其中霍尔式电流传感器为数字型，可直接感测驱动器输出口上的电流并转化为数字信号发送给电机仿真器；模数转换器配合分压电路直接测量驱动器输出口上的电压，同样转化为数字信号发送给电机仿真器。
所述电路开合装置主要由继电器或场效应管组成，用于控制电路的导通与关断。
所述DC-DC模块为直流电压变换器，用于将直流电源Vdc的电压变换为高于Vdc或者低于Vdc的其它电压值。
所述电机仿真器主要由DSP构成，实时解算已知电机参数的直流无刷电机模型，求解电机状态量并传递给电压电流控制器用于控制电压与电流，同时将电机状态量传递给真实电机控制器用于真实电机的闭环控制，并且求解DC-DC模块的电压指令。该算法包括以下步骤：
①首先根据直流无刷电机等效电路模型建立直流无刷电机的数学模型，如：
②获取电压电流测量单元实时测得的电机驱动器输出口电流和电压分别作为直流无刷电机数学模型中的已知状态量和输入量；
③选择快速且准确的数值积分算法求解该电机方程。电机模拟领域常用的数值求解方法有Runge-kutta法(简称RK法)和Adams-Bashforth法(简称AB法)，分别代表了单步法和多步法两大算法类型。两种方法的理论精度都可以达到O(hs)，其h中为步长，s为方法阶数，但在实际应用时，不同方法会表现出不同的精度与动态特性。RK法仅以当前时刻状态的一阶导数为基准，并通过对一个步长进行拆分，推算各子步长处的一阶导，最后以加权平均的方式求出一个步长的状态平均变化率；而AB法不仅考虑当前时刻状态的变化率，还参考了之前时刻的变化率，平均变化率是各时刻的变化率加权平均。两种方法都基于多阶泰勒展式，AB法因为存储了先前时刻的变化率，相同阶数下在计算速度上比RK法更快；但由于AB法本身带有时间上的滞后因素，相比RK法会存在更大的相位滞后。本发明采用了一种新的算法，将AB法与Adams-Moulton法(简称AM法)相结合，构成预测-校正型Adams-Bashforth-Moulton法(简称ABM法)，使用三阶AB法作为预测器，两阶AM法作为校正器，理论精度可达O(hs+1)，算法如下：
该算法中，xt、xt-1分别为t时刻和t-1时刻的电机状态量，如电流、转速等；x’t-1、x’t-2、x’t-3分别为该状态量在t-1时刻、t-2时刻以及t-3时刻的一阶导数，为t时刻该状态量的估计值，为该估计值在t时刻的一阶导数。将电压电流测量单元测得的驱动器端口电压代入电机状态方程求出各电机状态量的一阶导数，再将状态量一阶导数代入ABM法，解算出各状态量。
④根据步骤③中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解DC-DC模块的电压指令。所述DC-DC模块将外部直流电源的电压进行改变与缓冲，为三相桥式电路提供合适的电源。并且，为了解决滞环控制法存在开关频率波动的缺陷，本发明设计了一种基于Dead-Beat算法的预测方法，配合电机仿真器在电流变化前提前计算出电流的变化率，通过反向改变DC-DC模块的输出电压，从而得到期望电流的变化率，使得在固定的开关频率下仍能把电流限制在滞环宽度内。该Dead-Beat算法如下所示：
Δi＝i*-it
其中，Vdcdc即为需要求取的DC-DC输出电压，Vdriver为电机驱动器的输出电压，L为电机相电感值，it为t时刻的电流实测值，i*为负载仿真器给出的下一时刻电流估计值，Δt为固定的开关控制周期。
⑤根据步骤③中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解电压电流控制器(6)所需的控制模式，为电压模式或电流模式。电压模式或电流模式的区分主要取决于模拟电机当前的转子位置以及电机驱动器功率级输出端的电压值，当某相上下桥臂都关断时即进入电压控制模式，其余时间为电流控制模式。
所述电压电流控制器主要由DSP构成，接收电机仿真器求解得到的电机状态量作为电机模拟的指令值，通过一定的电压电流跟踪算法控制电压电流模拟电路输出期望的电压与电流。该控制方法包括以下步骤：
①首先接收来自电机仿真器解算得到的电压电流控制指令值；
②接收来自电机仿真器解算得到的控制模式，为电压模式或电流模式；
③若步骤②中得到的控制模式为电压模式，则将步骤①中得到的电压控制指令输入数字模拟转换器A2，数字模拟转换器A2将接收到的数字信号转换成模拟信号输入运算放大器，通过运放放大器模块A1放大模拟信号控制电压电流模拟电路的电压输出。
④若步骤②中得到的控制模式为电流模式，则将步骤①中得到的电流控制指令与电压电流测量单元的电流实测值相比较，通过电流滞环算法控制电压电流模拟电路的电流输出，当电压电流测量单元的电流实测值小于电流控制指令时，调整调压电流模拟电路中T1-T6的开关组合使电流控制端上的电流上升；当电压电流测量单元的电流实测值大于电流控制指令时，反向调整调压电流模拟电路中T1-T6的开关组合使电流控制端上的电流下降。T1-T6处于高频开关状态，使得电流控制端上的实际电流始终在电流控制指令值附近震荡，从而实现对电流指令的跟踪。
本发明与现有技术相比，具有如下特点和显著技术进步：
1、能够直接与电机驱动器进行能量交互，模拟实际电机工作时产生的电压与电流。
2、无需改变电路元件，只需调整电机仿真器中的电机模型，便可模拟各种参数的直流无刷电机。
3、使用估计-校正式数值积分方法，能实时解算电机状态空间方程并保证仿真精度。
4、不仅能模拟实际电机的工作电流，还能模拟相反电动势。
5、对电机驱动器使用的控制算法没有限制，同时兼容有传感器和无传感器的控制方法。
附图说明
图1为本发明直流无刷电机模拟设备系统架构。
图2为本发明电机驱动器功率级电路图。
图3为本发明电压电流模拟电路图。
图4为本发明直流无刷电机等效电路模型。
图5为本发明电机仿真流程图。
图6为本发明电流电压控制流程图。
图7为本发明直流无刷电机模拟设备a相电流正向增大时的电路模态。
图8为本发明直流无刷电机模拟设备a相电流正向减小时的电路模态。
图9为本发明直流无刷电机模拟设备模拟b相反电动势时的电路模态。
具体实施方法
下面结合附图和优选实施例，进一步阐明本发明。
实施例一：
图1所示是本发明直流无刷电机模拟设备的系统架构，包括电机驱动器功率级(1)、负载模拟电感(2)、电压电流模拟电路(3)、母线电容(4)、DC-DC模块(5)、电压电流控制器(6)、电机仿真器(7)、电路开合装置(8)、电压电流测量单元(9)以及真实电机控制器(10)，其特征在于：
在电路拓扑方面，所述电机驱动器功率级(1)的输出端与负载模拟电感(2)的一端相连，所述负载模拟电感(2)的另一端与电压电流模拟电路(3)的电流控制端相连，所述电机驱动器功率级(1)的输出端又与电路开合装置(8)的一端相连，所述电路开合装置(8)的另一端与电压电流模拟电路(3)的电压控制端相连，所述电压电流模拟电路(3)与直流母线电容(4)并联，所述直流母线电容(4)与DC-DC模块(5)的输出端并联；
在数据回路方面，所述电压电流测量单元(9)的数据输入端与电机驱动器功率级(1)的输出端相连，而其数据输出端与电机仿真器(7)的数据输入端相连，所述电机仿真器(7)的数据输出端分别与DC-DC模块(5)、电压电流控制器(6)以及真实电机控制器(10)相连，所述电压电流控制器(6)的数据输出端与电压电流模拟电路(3)相连，所述真实电机控制器(10)的数据输出端与电机驱动器功率级(1)相连。
所述电机驱动器功率级由六个绝缘栅双极型晶体管T1-T6构成，其中T1的发射极与T4的集电极相连形成桥臂1，T2的发射极与T5的集电极相连形成桥臂2，T3的发射极与T6的集电极相连形成桥臂3，T1、T2、T3的集电极相互连接形成上桥端，T4、T5、T6的发射极相互连接形成下桥端。所述桥臂1、桥臂2、桥臂3分别与负载模拟电感的一端相连，所述上桥臂与直流电源Vdc的一端相连，所述下桥臂与直流电源Vdc的另一端相连。所述电机驱动器功率级用于接收真实电机控制器发送的控制指令，驱动T1-T6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合。
所述电压电流模拟电路由六个绝缘栅双极型晶体管Q1-Q6、运算放大器模块A1以及数字模拟转换器A2构成，其中Q1的发射极与Q4的集电极相连形成电流控制端1，Q2的发射极与Q5的集电极相连形成电流控制端2，Q3的发射极与Q6的集电极相连形成电流控制端3，Q1、Q2、Q3的集电极相互连接形成上桥端，Q4、Q5、Q6的发射极相互连接形成下桥端，运算放大器模块A1的一端分为电压控制端1、电流控制端2和电流控制端3，所述运算放大器模块A1的数据输入端与数字模拟转换器A2的数据输出端相连。所述电流控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与负载模拟电感远离电机驱动器功率级的一端相连，所述上桥臂与母线电容的一端相连，所述下桥臂与母线电容的另一端相连，所述电压控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与电路开合装置远离电机驱动器功率级的一端相连。所述电压电流模拟电路用于接收电流电压控制器发送的控制指令，驱动Q1-Q6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合并控制运算放大器模块A1的输出电压。
所述电压电流测量单元主要由霍尔式电流传感器与模数转换器组成，其中霍尔式电流传感器为数字型，可直接感测驱动器输出口上的电流并转化为数字信号发送给电机仿真器；模数转换器配合分压电路直接测量驱动器输出口上的电压，同样转化为数字信号发送给电机仿真器。
所述电路开合装置主要由继电器或场效应管组成，用于控制电路的导通与关断。
所述DC-DC模块为直流电压变换器，用于将直流电源Vdc的电压变换为高于Vdc或者低于Vdc的其它电压值。
实施例二：
见图1、图5和图6，本直流无刷电机模拟设备的控制方法包含1)、所述电机仿真器(7)的功能为实时解算已知电机参数的直流无刷电机模型，求解电机状态量并传递给电压电流控制器(6)用于控制电压与电流，同时将电机状态量传递给真实电机控制器(10)用于真实电机的闭环控制，并且求解DC-DC模块(5)的电压指令；2)、所述电压电流控制器(6)根据接收电机仿真器(7)求解得到的电机状态量作为电机模拟的指令值，通过给电压电流跟踪算法控制电压电流模拟电路(3)输出期望的电压与电流。
所述电机仿真器(7)包含一种电机仿真算法，所述电机仿真算法通过实时获取电压电流测量单元测得的电机驱动器功率级输出端的电压与电流值，并使用数值积分算法实时解算在当前电压与电流状态下待模拟直流无刷电机的其它状态量。该电机仿真算法如图5所示，包括以下步骤：
①首先，根据图4所示的直流无刷电机等效电路模型建立直流无刷电机状态空间方程：
在本实施例中，电机参数如表1所示。
表1直流无刷电机参数表
②获取电压电流测量单元实时测得的电机驱动器输出口电流和电压分别作为直流无刷电机数学模型中的已知状态量和输入量；
③将电压电流测量单元测得的驱动器输出口电压和电流代入电机状态空间方程即可算出当前时刻各电机状态量的一阶导数值。将各状态量的一阶导数值代入ABM法进行数值积分求解，便可得到各个状态量，以a相电流为例：
ia为当前时刻的电流实测值，i’a、i’a-1、i’a-2分别为当前以及前两个时刻的电流一阶导数，为下一时刻电流的估计值，为电流估计值的一阶导数。
④根据步骤③中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解DC-DC模块的电压指令，通过Dead-Beat算法改进电流滞环控制的稳定性。该Dead-Beat算法如下所示：
Δi＝i*-it
其中，Vdcdc即为需要求取的DC-DC输出电压，Vdriver为电机驱动器的输出电压，本实施例中Vdriver为14V，L为电机相电感值，本实施例中L为225μH，it为t时刻的电流实测值，i*为负载仿真器给出的下一时刻电流估计值，Δt为固定的开关控制周期，本实施例中Δt为5μs。
⑤根据步骤③中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解电压电流控制器(6)所需的控制模式，为电压模式或电流模式。
所述电压电流控制器(6)包含一种控制电压电流模拟电路输出电压与电流的控制方法。该控制方法如图6所示，包括以下步骤：
①首先接收来自电机仿真器解算得到的电压电流控制指令值，所得的电流指令值就是实际电机在当前电机驱动器功率级输出端电压的驱动下应该产生的电流，因此直接将该电流指令值作为待跟踪的电流对象，同理，电压控制指令值也可直接作为期望输出的电压。电压电流控制器根据电流和电压指令控制电压电流模拟电路，电流控制采用滞环控制法，电压控制则通过数字模拟转换器与运算放大器模块配合完成；
②接收来自电机仿真器解算得到的控制模式，为电压模式或电流模式；
③若步骤②中得到的控制模式为电流模式，则将步骤①中得到的电流控制指令与电压电流测量单元的实测值相比较，通过电流滞环控制算法控制电压电流模拟电路的电流输出。滞环控制算法的原理可参见图7和图8，仍以a相电流为例，电流方向为从驱动器输出口流向直流无刷电机模拟器，则当电流指令增大时，电流通路如图7所示，此时T1与Q6导通，电感左端电压高于电感右端电压使得流经电感的电流持续增大；当电流指令减小时，电流通路如图8所示，此时T1仍然导通，Q6截止，由于电感电流不能突变，电流将通过Q3的续流二极管流入上桥端，从而导致电感左端电压低于电感右端电压使得流经电感的电流持续减小。
④若步骤②中得到的控制模式为电压模式，则按图3所示，将步骤①中得到的电压控制指令输入数字模拟转换器A2，通过运放放大器模块A1放大控制电压电流模拟电路的电压输出。本发明通过电压电流模拟电路来模拟直流无刷电机运转时的相反电动势，之所以需要模拟反电动势是因为使用两两导通式控制方法控制直流无刷电机时存在浮空相，浮空相上虽然没有电流流过，但电机内部转动的永磁转子会在浮空相上感应出反电动势，该反电动势在多种无传感器控制方法中都是必须使用的反馈量。反电动势模拟过程参见图9，当a相与c相导通时，b相将进入浮空状态，电压电流测量单元测得b相电流为零确保b相彻底浮空后，电机模拟控制器控制电路开合装置接通b相，使电机驱动器b相输出口与电压发生器的b通道相连，从而将电压发生器的输出电压传导至驱动器输出口。
本发明能够直接与电机驱动器进行能量交互，无需改变电路元件，只需调整电机仿真器中的电机模型，便可模拟各种参数的直流无刷电机。使用估计-校正式数值积分方法实时解算电机状态空间方程并保证仿真精度，不仅能模拟实际电机的工作电流，还能模拟相反电动势，同时兼容有传感器和无传感器的控制方法，是一种功能灵活、具有泛用性的直流无刷电机模拟设备。

Claims (6)

1.一种直流无刷电机模拟设备，包括电机驱动器功率级(1)、负载模拟电感(2)、电压电流模拟电路(3)、母线电容(4)、DC-DC模块(5)、电压电流控制器(6)、电机仿真器(7)、电路开合装置(8)、电压电流测量单元(9)以及真实电机控制器(10)，其特征在于：
在电路拓扑方面，所述电机驱动器功率级(1)的输出端与负载模拟电感(2)的一端相连，所述负载模拟电感(2)的另一端与电压电流模拟电路(3)的电流控制端相连，所述电机驱动器功率级(1)的输出端又与电路开合装置(8)的一端相连，所述电路开合装置(8)的另一端与电压电流模拟电路(3)的电压控制端相连，所述电压电流模拟电路(3)与直流母线电容(4)并联，所述直流母线电容(4)与DC-DC模块(5)的输出端并联；
在数据回路方面，所述电压电流测量单元(9)的数据输入端与电机驱动器功率级(1)的输出端相连，而其数据输出端与电机仿真器(7)的数据输入端相连，所述电机仿真器(7)的数据输出端分别与DC-DC模块(5)、电压电流控制器(6)以及真实电机控制器(10)相连，所述电压电流控制器(6)的数据输出端与电压电流模拟电路(3)相连，所述真实电机控制器(10)的数据输出端与电机驱动器功率级(1)相连。
2.根据权利要求1所述的一种直流无刷电机模拟设备，其特征在于：所述电机驱动器功率级(1)由六个绝缘栅双极型晶体管T1-T6构成，其中T1的发射极与T4的集电极相连形成桥臂1，T2的发射极与T5的集电极相连形成桥臂2，T3的发射极与T6的集电极相连形成桥臂3，T1、T2、T3的集电极相互连接形成上桥端，T4、T5、T6的发射极相互连接形成下桥端；所述桥臂1、桥臂2、桥臂3分别与负载模拟电感(2)的一端相连，所述上桥端与直流电源Vdc的一端相连，所述下桥端与直流电源Vdc的另一端相连；所述电机驱动器功率级(1)用于接收真实电机控制器(10)发送的控制指令，驱动T1-T6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合。
3.根据权利要求1所述的一种直流无刷电机模拟设备，其特征在于：所述电压电流模拟电路(3)由六个绝缘栅双极型晶体管Q1-Q6、运算放大器模块A1以及数字模拟转换器A2构成，其中Q1的发射极与Q4的集电极相连形成电流控制端1，Q2的发射极与Q5的集电极相连形成电流控制端2，Q3的发射极与Q6的集电极相连形成电流控制端3，Q1、Q2、Q3的集电极相互连接形成上桥端，Q4、Q5、Q6的发射极相互连接形成下桥端，运算放大器模块A1的一端分为电压控制端1、电流控制端2和电流控制端3，所述运算放大器模块A1的数据输入端与数字模拟转换器A2的数据输出端相连；所述电流控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与负载模拟电感(2)远离电机驱动器功率级(1)的一端相连，所述上桥端与母线电容(4)的一端相连，所述下桥端与母线电容(4)的另一端相连，所述电压控制端1、电流控制端2、电流控制端3分别与电路开合装置(8)远离电机驱动器功率级(1)的一端相连，所述电压电流模拟电路(3)用于接收电流电压控制器(6)发送的控制指令，驱动Q1-Q6六个绝缘栅双极型晶体管的开启与闭合并控制运算放大器模块A1的输出电压。
4.一种直流无刷电机模拟设备的控制方法，用于对权利要求1所述的直流无刷电机模拟设备进行控制，其特征在于：控制程序包含1）、所述电机仿真器(7)的功能为实时解算已知电机参数的直流无刷电机模型，求解电机状态量并传递给电压电流控制器(6)用于控制电压与电流，同时将电机状态量传递给真实电机控制器(10)用于真实电机的闭环控制，并且求解DC-DC模块(5)的电压指令；2）、所述电压电流控制器(6)根据接收电机仿真器(7)求解得到的电机状态量作为电机模拟的指令值，通过给电压电流跟踪算法控制电压电流模拟电路(3)输出期望的电压与电流。
5.根据权利要求4所述的一种直流无刷电机模拟设备的控制方法，其特征在于：在所述控制程序1）中，所述电机仿真器(7)中包含一种电机仿真算法，所述电机仿真算法通过实时获取电压电流测量单元(9)测得的电机驱动器功率级(1)输出端的电压与电流值，并使用数值积分算法实时解算在当前电压与电流状态下待模拟直流无刷电机的其它状态量；该电机仿真算法包括以下步骤：
首先根据直流无刷电机等效电路模型建立直流无刷电机数学模型；
获取电压电流测量单元实时测得的电机驱动器输出口电流和电压分别作为直流无刷电机数学模型中的已知状态量和输入量；
利用数值积分方法实时求解直流无刷电机数学模型；
根据步骤中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解DC-DC模块的电压指令；
根据步骤中求解得到的直流无刷电机状态量进一步求解电压电流控制器(6)所需的控制模式，为电压模式或电流模式。
6.根据权利要求4所述的一种直流无刷电机模拟设备的控制方法，其特征在于：在所述控制程序2）中，所述电压电流控制器(6)包含一种控制电压电流模拟电路(3)输出电压与电流的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
首先接收来自电机仿真器(7)解算得到的电压电流控制指令值；
接收来自电机仿真器(7)解算得到的控制模式，为电压模式或电流模式；
若步骤中得到的控制模式为电压模式，则将步骤中得到的电压控制指令输入数字模拟转换器A2，通过运放放大器模块A1放大控制电压电流模拟电路(3)的电压输出；
若步骤中得到的控制模式为电流模式，则将步骤中得到的电流控制指令与电压电流测量单元的实测值相比较，通过电流跟踪算法控制电压电流模拟电路(3)的电流输出。
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