CN111505963A - 一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统及方法。该仿真系统包括实物控制设备、第一实时仿真器、第二实时仿真器及电机控制单元。所示实物控制设备适于根据电机控制单元提供的控制指令计算控制一个直线电机段的变流器所需的控制脉冲指令。所述第一实时仿真器适于对一个直线电机段进行半实物仿真，用于实现实物控制设备控制软件的测试与验证。所述第二实时仿真器适于对另一个直线电机段进行虚拟供电系统仿真，用于简化地模拟地面供电系统的外特性功能机接口数据。所述电机控制单元适于制定控制指令以控制所述第一实时仿真器及所述第二实时仿真器配合完成所述半实物仿真。

Description

一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及供电系统的仿真技术，尤其涉及一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统，以及一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真方法。

背景技术

磁悬浮列车的牵引供电系统是支撑高速磁浮交通系统的核心系统，是保障磁悬浮列车运行的动力核心。磁悬浮列车的牵引供电系统一般是由牵引变流器、定子开关站和直线电机组成。牵引变流器为直线电机提供三相交流电，驱动直线电机运行，从而为磁悬浮列车提供牵引力。定子开关站用于将牵引变流器的电源切换至同一供电分区线路上不同位置的直线电机段。与传统的轮轨式机车不同，磁悬浮列车的直线电机铺设于轨道线路上而不是在列车车厢内部。

由于高速磁悬浮列车牵引供电系统的功能及系统耦合关系复杂、非线性度高，而且实际高速运行环境构建难度大、费用高等原因，导致高速磁悬浮列车牵引供电系统的试验验证难度较大。为了在实验室中测试、验证高速磁悬浮列车牵引供电系统的有效性，一般会采用半实物仿真的方法来对供电系统的实物控制设备及控制策略等进行前期测试和验证，从而降低实物试验涉及的高危险、高成本等问题。

一般而言，搭建磁悬浮列车地面供电的半实物仿真系统所需要建立的最小磁悬浮地面供电半实物仿真系统为一个供电区间，而且是按照1:1的方式搭建。举例来说，为了满足在一个供电区间验证三步法的仿真需求，如图1所示，按照双端供电三步法搭建磁悬浮列车地面供电的半实物仿真系统需要三套实物控制设备和详细的变流器仿真对象模型。这样才能完整的测试、验证直线电机及变流器的控制策略，以及实物设备在一个供电区间的运行情况。

显然，这种现有的半实物仿真系统存在如下的问题：

1)仿真设备数量多且成本高。以三步法为例且每套供电系统用一套实时仿真器，那么一个供电区间的实时仿真器至少需要三套。而目前国外一套dSPACE、RT-LAB等高性能实时仿真器的价格却十分昂贵。

2)系统复杂。每套供电系统除了一套实时仿真器以外，还得配置对应的电机控制器和变流控制等实物控制设备，而对于一个区间而言这样的设备数量至少需要三套甚至更多。而这中间还得考虑系统布线、各个设备之间的接口等，随着仿真规模的扩大系统必然更加复杂，占地面积也会更大。

3)资源浪费。以三步法为例，一个区间的三套供电系统除了参数不同以外，其余结构形式等都是一模一样，只是单套供电系统投入(换步)的时间和具体过程不同。因此，三套系统做着同样的工作必然造成了一定的资源和成本的浪费。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种结合虚拟供电系统仿真模型和半实物供电系统仿真的仿真技术，用于在不影响磁悬浮列车的运行工况的前提下省略部分半实物仿真所需设备，并节约设备成本。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种结合虚拟供电系统仿真模型和半实物供电系统仿真的仿真技术，用于在不影响磁悬浮列车的运行工况的前提下省略部分半实物仿真所需设备，并节约设备成本。

本发明提供的上述磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统，包括实物控制设备、第一实时仿真器、第二实时仿真器及电机控制单元。所示实物控制设备适于根据电机控制单元提供的控制指令计算控制一个直线电机段的变流器所需的控制脉冲指令，所述控制指令指示所述变流器的等效输出参考电压。所示第一实时仿真器适于根据所述实物控制设备提供的控制脉冲指令运行变流器瞬态模型及直线电机瞬态模型以仿真所述一个直线电机段的输出量，并适于将所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力发送到列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速，其中，所述变流器瞬态模型用于模拟所述变流器，所述直线电机瞬态模型用于模拟所述一个直线电机段。所述第二实时仿真器适于根据所述电机控制单元提供的参考牵引力运行虚拟控制设备以确定参考转矩，适于根据所述参考转矩及所述车速运行等效供电变流系统模型以仿真另一个直线电机段的输出量，并适于将所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速，其中，所述等效供电变流系统模型指示所述参考转矩、所述车速及所述另一个直线电机段的输出量的对应关系。所示电机控制单元适于制定所述控制指令及所述参考牵引力，并适于向所述第一实时仿真器的定子开关站模型及所述第二实时仿真器的所述等效供电变流系统模型提供激活时序信号，以控制所述直线电机瞬态模型及所述等效供电变流系统模型按时序仿真各直线电机段的输出量。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真方法。

本发明提供的上述一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真方法，包括步骤：以电机控制单元向第一实时仿真器的定子开关站模型及第二实时仿真器的等效供电变流系统模型提供激活时序信号，以控制所述第一实时仿真器的直线电机瞬态模型及所述等效供电变流系统模型按时序仿真各直线电机段的输出量；以所述电机控制单元制定向实物控制设备提供的控制指令，以及向所述第二实时仿真器的虚拟控制设备提供的参考牵引力，其中，所述控制指令指示一个直线电机段的变流器的等效输出参考电压，所述电机控制单元向适于第一实时仿真器的定子开关站模型及所述第二实时仿真器的等效供电变流系统模型提供激活时序信号，控制所述第一实时仿真器的直线电机瞬态模型及所述等效供电变流系统模型按时序仿真各直线电机段的输出量；根据所述电机控制单元提供的所述控制指令，以所述实物控制设备计算控制所述一个直线电机段的变流器所需的控制脉冲指令；根据所述实物控制设备提供的所述控制脉冲指令，以所述第一实时仿真器运行变流器瞬态模型及直线电机瞬态模型以仿真所述一个直线电机段的输出量，其中，所述变流器瞬态模型用于模拟所述变流器，所述直线电机瞬态模型用于模拟所述一个直线电机段；以所述第一实时仿真器将所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的所述车速；根据所述电机控制单元提供的所述参考牵引力，以所述第二实时仿真器运行所述虚拟控制设备以确定参考转矩；根据所述参考转矩及所述车速，以所述第二实时仿真器运行所述等效供电变流系统模型以仿真另一个直线电机段的输出量，其中，所述等效供电变流系统模型指示所述参考转矩、所述车速及所述另一个直线电机段的输出量的对应关系；以及以所述第二实时仿真器将所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的半实物仿真方法，用于在不影响磁悬浮列车的运行工况的前提下省略部分半实物仿真所需设备，并节约设备成本。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了一种现有的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统。

图2示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的三步法供电的激活时序信号示意图。

图4示出了根据本发明的一些实施例提供的第一实时仿真器的仿真原理示意图。

图5示出了根据本发明的一些实施例提供的第二实时仿真器的仿真原理示意图。

图6示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的架构示意图。

图7示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图8示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图9示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图10示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图11示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图12示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图13示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图14示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

图15示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一个件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有技术需要多套实时仿真器来对多套供电系统进行半实物仿真，普遍存在仿真设备数量多且成本高、系统复杂及资源浪费的缺陷。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种结合虚拟供电系统仿真模型和半实物供电系统仿真的仿真技术，用于在不影响磁悬浮列车的运行工况的前提下省略部分半实物仿真所需设备，并节约设备成本。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括四个实时仿真器21～24。第一实时仿真器21可以根据实物控制设备CCU1～CCU2及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。第二实时仿真器22及第三实时仿真器23可以运行虚拟供电系统仿真模型对地面供电系统的外特性功能和接口数据进行简化的模拟，从而节省设备成本并降低仿真的计算量。第四实时仿真器24可以运行列车运动学模型，根据接收直线电机瞬态模型输出的列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元(Motor Control Unit，MCU)MCU1～MCU2和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1～MCU2对各直线电机段的闭环控制。

具体来说，在上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统中，第一实时仿真器21可以配置有中央处理器(Central Processing Unit，CPU)及现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。该FPGA可以配置有两个I/O接口，其中一个I/O接口适于连接第一实物控制设备CCU1，而另一个I/O接口适于连接第二实物控制设备CCU2。在一些实施例中，该第一实物控制设备CCU1及第二实物控制设备CCU2可以为变流器控制单元(Converter Control Unit，CCU)，可以根据电机控制系统设定的指令控制相应的变流器执行变流器的开环与闭环控制，从而使变流器单元输出准确的牵引电能。

在利用上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统进行仿真时，第一电机控制单元MCU1及第二电机控制单元MCU2可以相互配合地进行双端协同控制，通过以太网交换机及以太网数据线，依次向第一实时仿真器21的定子开关站模型、第二实时仿真器22的等效供电变流系统模型及第三实时仿真器23的等效供电变流系统模型提供激活时序信号。在一些实施例中，定子开关站模型可以在第一实时仿真器21的CPU中运行。等效供电变流系统模型可以分别在第二实时仿真器22及第三实时仿真器23的CPU中运行。

请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的三步法供电的激活时序信号示意图。

如图3所示，响应于该激活时序信号，第一实时仿真器21、第二实时仿真器22及第三实时仿真器23可以依时序运行对应的直线电机瞬态模型及等效供电变流系统模型来仿真三个直线电机段的输出量，从而实现对一个供电区间的直线电机进行双端供电三步法的仿真。双端三步法供电为本领域的技术人员习知的技术手段，在此不再赘述。

此外，第一电机控制单元MCU1还可以根据仿真的牵引力需求制定第一控制指令，并将该第一控制指令通过以太网络发送到第一实物控制设备CCU1。该第一控制指令可以指示使直线电机瞬态模型输出对应牵引力所需要的等效输出参考电压。

请参考图4，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的第一实时仿真器的仿真原理示意图。

如图4所示，响应于该第一控制指令，第一实物控制设备CCU1可以通过以太网络采集直线电机瞬态模型输出的电机电流及实际转速等仿真输出量，并采集第四实时仿真器24的列车运动学模型提供的车速数据，从而根据第一控制指令、直线电机瞬态模型输出的电机电流及实际转速来计算对应的第一控制脉冲指令。该第一控制脉冲指令可以为脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号。在一些实施例中，第一实物控制设备CCU1的采样频率不小于10MHz。在一些实施例中，第一实物控制设备CCU1还可以进一步结合设备管理、设备保护等软件功能来计算第一控制脉冲指令。在计算获得第一控制脉冲指令后，第一实物控制设备CCU1可以通过电气线将该第一控制脉冲指令发送到FPGA的第一I/O接口。

响应于第一I/O接口收到的第一控制脉冲指令，第一实时仿真器21可以利用其FPGA运行对应的第一变流器瞬态模型，从而仿真实际变流器输出的脉宽调制电压，以及当前的变流器电压和变流器电流。该脉宽调制电压对应于第一控制指令，可以使直线电机瞬态模型输出对应于仿真的牵引力需求的列车牵引力。通过在FPGA中运行变流器瞬态模型，可以使仿真步长小于1us，从而实现变流器瞬态模型的高速精确计算。

响应于第一变流器瞬态模型输出的脉宽调制电压，第一实时仿真器21可以进一步通过第一I/O接口获取列车运动学模型提供的车速数据，并进一步利用其FPGA运行直线电机瞬态模型，从而仿真第一直线电机段的输出量。该第一直线电机段的输出量包括但不限于直线电机瞬态模型输出的电机转矩、电机电流、电机电压及实际的电机转速。该电机转矩可以指示直线电机瞬态模型输出的列车牵引力。通过在FPGA中运行直线电机瞬态模型，可以使仿真步长小于1us，从而实现直线电机瞬态模型的高速精确计算。

在获得直线电机瞬态模型的输出量之后，第一实时仿真器21可以通过仿真系统的内部总线，将直线电机瞬态模型输出的电机转矩发送到第四实时仿真器24的列车运动学模型，以计算磁悬浮列车的车速。该电机转矩可以指示第一直线电机段对列车的牵引力。同时，第一实时仿真器21还可以通过第一I/O接口将第一变流器瞬态模型输出的变流器电压、变流器电流，以及直线电机瞬态模型输出的电机电压和电机电流，反馈到第一实物控制设备CCU1和第一电机控制单元MCU1，以实现对三个直线电机段的闭环实时控制。

相应地，第二电机控制单元MCU2也可以根据仿真的牵引力需求制定第二控制指令，并将该第二控制指令通过以太网络发送到第二实物控制设备CCU2。响应于该第二控制指令，第二实物控制设备CCU2可以采集直线电机瞬态模型输出的电机电流及实际转速等仿真输出量，并采集第四实时仿真器24的列车运动学模型提供的车速数据，从而计算对应的第二控制脉冲指令。之后，第二实物控制设备CCU2可以将计算获得的第二控制脉冲指令发送到FPGA的第二I/O接口。响应于第二I/O接口收到的第二控制脉冲指令，第一实时仿真器21可以利用其FPGA运行对应的第二变流器瞬态模型，从而仿真实际变流器输出的脉宽调制电压，以及当前的变流器电压和变流器电流。该脉宽调制电压对应于第二控制指令，可以使直线电机瞬态模型输出对应于仿真的牵引力需求的列车牵引力。响应于第二变流器瞬态模型输出的脉宽调制电压，第一实时仿真器21可以进一步通过第二I/O接口获取列车运动学模型提供的车速数据，并进一步利用其FPGA运行直线电机瞬态模型，从而仿真第一个直线电机的输出量。在一些实施例中，第一实时仿真器21还可以通过第二I/O接口将第二变流器瞬态模型仿真获得的变流器电压、变流器电流，以及直线电机瞬态模型输出的电机电压和电机电流，反馈到第二实物控制设备CCU2和第二电机控制单元MCU2，以实现对三个直线电机段的闭环实时控制。

因此，通过使用第一实时仿真器21及实物控制设备CCU1～CCU2，可以获取待发送给变流器的控制脉冲指令、变流器及直线电机等模型的当前电压及电流等仿真数据，可以实现对实物控制设备控制软件的测试与验证。同时，基于该第一实时仿真器21的详细仿真对象模型及实物控制设备CCU1～CCU2进行的仿真也对采样频率(≥10MHz)和硬件计算资源存在较高的需求。

如图2所示，在上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统中，第二实时仿真器22和第三实时仿真器23可以具有相同的结构，仅配置有CPU而不配置FPGA和对应的I/O接口。该CPU的计算周期可以小于1ms。该第二实时仿真器22和第三实时仿真器23适于运行相同的简化模型来分别对第二直线电机段和第三直线电机段的输出量进行虚拟仿真。

请进一步参考图5，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的第二实时仿真器的仿真原理示意图。

如图2及图5所示，第二实时仿真器22可以通过以太网络与两个电机控制单元MCU1～MCU2进行数据交互，适于利用其CPU运行两个虚拟控制设备模型CCU3～CCU4来简化地模拟实物控制设备与电机控制单元之间的通讯功能，从而保障电机控制单元MCU1～MCU2对三个直线电机段的双端供电三步法的仿真。具体来说，虚拟控制设备模型CCU3适于将第一电机控制单元MCU1提供的参考牵引力转换为对应的参考转矩。虚拟控制设备模型CCU4适于将第二电机控制单元MCU1提供的参考牵引力转换为对应的参考转矩。在一些实施例中，该虚拟控制设备模型CCU3～CCU4可以省略实物控制设备的设备管理功能和保护等软件功能，从而简化实物控制设备的软件功能。此外，通过采用虚拟控制设备模型CCU3～CCU4，还可以减少仿真系统对实物控制设备的硬件需求，减少仿真系统所需的设备，从而再次降低仿真系统的成本和系统的复杂度。

由于在双端供电三步法中，第一电机控制单元MCU1及第二电机控制单元MCU2会轮流地提供参考牵引力，虚拟控制设备模型CCU3～CCU4也将轮流地提供参考转矩。响应于虚拟控制设备模型CCU3～CCU4中的有效者提供的参考转矩，第二实时仿真器22可以通过以太网络获取列车运动学模型提供的车速数据，并利用其CPU运行等效供电变流系统模型来仿真第二直线电机段输出的实际电机转矩。在一些实施例中，等效供电变流系统模型可以包括牵引系统外特性曲线表。该牵引系统可以包括变流器和第二直线电机段。该牵引系统外特性曲线表可以指示虚拟控制设备模型提供的参考转矩、车速及第二直线电机段的电机转矩的对应关系，用于简化地表示牵引系统的外特性以减小运算量。第二实时仿真器22可以根据虚拟控制设备模型转换获得的参考转矩及获取的车速数据查阅牵引系统外特性曲线表，以确定第二直线电机段的实际电机转矩。通过采用查表的方式直接根据参考转矩及车速来确定第二直线电机段输出的实际电机转矩，可以大大简化瞬态模型所需的计算量，对于运算速度的要求也大大降低。同时，该简化的等效供电变流系统模型可以运行于CPU而不是FPGA，从而节省了FPGA的采购成本。

响应于等效供电变流系统模型输出的实际电机转矩，第二实时仿真器22可以通过仿真系统的内部总线，将等效供电变流系统模型输出的实际电机转矩发送到第四实时仿真器24的列车运动学模型，以计算磁悬浮列车的车速。该实际电机转矩可以指示第二直线电机段对列车的牵引力。

相应地，第三实时仿真器23可以通过以太网络与两个电机控制单元MCU1～MCU2进行数据交互，适于利用其CPU运行两个虚拟控制设备模型CCU5～CCU6来简化地模拟实物控制设备与电机控制单元之间的通讯功能。具体来说，虚拟控制设备模型CCU5适于将第一电机控制单元MCU1提供的参考牵引力转换为对应的参考转矩。虚拟控制设备模型CCU6适于将第二电机控制单元MCU1提供的参考牵引力转换为对应的参考转矩。在一些实施例中，该虚拟控制设备模型CCU5～CCU6可以省略实物控制设备的设备管理功能和保护等软件功能，从而简化实物控制设备的软件功能。响应于虚拟控制设备模型CCU5～CCU6中的有效者提供的参考转矩，第三实时仿真器23可以通过以太网络获取列车运动学模型提供的车速数据，并利用其CPU运行等效供电变流系统模型来查表确定第三直线电机段的实际电机转矩，从而简化瞬态模型所需的计算量、降低对于运算速度的要求并节省FPGA的采购成本。响应于等效供电变流系统模型输出的实际电机转矩，第三实时仿真器23可以通过仿真系统的内部总线，将等效供电变流系统模型输出的实际电机转矩发送到第四实时仿真器24的列车运动学模型，以计算磁悬浮列车的车速。该实际电机转矩可以指示第三直线电机段对列车的牵引力。

通过采用简化的虚拟CCU等效模型CCU3～CCU6来替代现有技术中的部分实物控制设备，本发明有效地减少了单个供电区间地面供电系统半实物仿真所需的实物设备数量，从系统布线难度、设备数量、接口数量等方面减少了系统的复杂程度，并减少了设计工作量。

通过采用简化的地面供电系统等效模型来代替现有技术中部分实时仿真器的详细瞬态模型(变流器瞬态模型、直线电机瞬态模型、定子开关站模型)，可以使模型计算量减小，从而使得单个CPU处理多套地面供电系统等效模型成为可能。同时，这种简化的地面供电系统等效模型也更易于维护。

通过引入上述简化的等效模型，除了保证必要的一套地面供电系统所需的实时仿真器资源需求(FPGA和I/O接口)以外，单个区间其他几套地面供电系统所需的实时仿真器资源相对减少(即无需FPGA和I/O接口)。在一些实施例中，甚至可以几套地面供电系统模型共用一套实时仿真器资源。因此，本发明可以进一步降低对实时仿真器的资源需求和性能要求，从而间接降低实时仿真器的成本。

通过采用减少冗余的直线电机的方式，本发明有效地在仿真过程中减少了一半以上的直线电机模型，并减少了仿真模型的数量，因此有益于减轻计算量、减小模型的复杂度。

如图2所示，在上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统中，第四实时仿真器24可以通过以太网络与两个电机控制单元MCU1～MCU2进行数据交互。第四实时仿真器24可以利用其CPU运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器21的直线电机瞬态模型输出的列车牵引力，以及第二实时仿真器22及第三实时仿真器23的等效供电变流系统模型输出的列车牵引力来仿真磁悬浮列车的车速。之后，第四实时仿真器24可以将仿真获得的车速数据，通过以太网交换机反馈到电机控制单元MCU1～MCU2、实物控制设备CCU1～CCU2及各实时仿真器21～23，以电机控制单元MCU1～MCU2实现对各直线电机段的闭环实时控制。

综上所述，图2所示的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以利用第一实时仿真器21对第一直线电机段进行半实物仿真，从而实现实物控制设备控制软件的测试与验证；可以利用第二实时仿真器22及第三实时仿真器23对第二直线电机段进行虚拟供电系统仿真，从而简化地模拟地面供电系统的外特性功能机接口数据以降低计算量并节省硬件成本；可以利用第四实时仿真器24仿真磁悬浮列车的车速，从而结合第一实时仿真器21提供的变流器电压、变流器电流、电机电压和电机电流来实现对各直线电机段的闭环实时控制。

请参考图6，图6示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的架构示意图。

如图6所示，在本发明的一些实施例中，双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统可以包括分布于两个轨道的多个直线电机段n～n+5。上述仿真系统实施例中的第一直线电机段可以对应直线电机段n，第二直线电机段可以对应直线电机段n+2，第三直线电机段可以对应直线电机段n+4。

由于一个供电区间中的三套供电系统除了参数不同以外，其余结构形式等都是一模一样，各套供电系统只涉及投入(换步)的时间和具体过程不同。在利用上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统进行仿真时，第一实时仿真器21还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+1的时序激活信号运行其定子开关站模型，以控制FPGA运行直线电机瞬态模型来仿真其他直线电机段n+1的变流器电压、变流器电流、电机电压、电机电流和电机转矩。相应地，第二实时仿真器22还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+3的时序激活信号，运行其等效供电变流系统模型来仿真其他直线电机段n+3的实际电机转矩。第三实时仿真器23还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+5的时序激活信号，运行其等效供电变流系统模型来仿真其他直线电机段n+5的实际电机转矩。

在另一些实施例中，第一实时仿真器21还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+2的时序激活信号运行其定子开关站模型，以控制FPGA运行直线电机瞬态模型来仿真其他直线电机段n+2的变流器电压、变流器电流、电机电压、电机电流和电机转矩。相应地，第二实时仿真器22还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+4的时序激活信号，运行其等效供电变流系统模型来仿真其他直线电机段n+4的实际电机转矩。第三实时仿真器23还适于根据电机控制单元MCU1～MCU2提供的其他直线电机段n+6的时序激活信号，运行其等效供电变流系统模型来仿真其他直线电机段n+6的实际电机转矩。

由此可见，尽管上述实施例只提供了单个供电区间的仿真系统及仿真方法，本发明提供的上述半实物仿真系统实际可以适用于整条线路上的所有供电区间，因此具有良好的可扩展性。

本领域的技术人员可以理解，上述双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统，只是本发明提供的一个非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

请参考图7～图15，图7示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图8示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图9示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图10示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图11示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图12示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图13示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图14示出了根据本发明的一些实施例提供的双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。图15示出了根据本发明的一些实施例提供的单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统的示意图。

如图7所示，在本发明的一些实施例中，单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括四个实时仿真器71～74、一个实物控制设备CCU1及一个电机控制单元MCU1。第一实时仿真器71可以根据实物控制设备CCU1及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。第二实时仿真器72及第三实时仿真器73可以运行虚拟供电系统仿真模型对地面供电系统的外特性功能和接口数据进行简化的模拟，从而节省设备成本并降低仿真的计算量。第四实时仿真器24可以运行列车运动学模型，根据接收直线电机瞬态模型输出的列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1对各直线电机段的闭环控制。

尽管前述双端供电三步法具备线路压降较小、适合大功率长距离供电的优势，但其存在控制相对复杂且一个供电分区仅能供一辆磁悬浮列车运行的缺陷。本实施例提供的上述单端供电三步法是由一套牵引变流器(A或B)为该供电分区的各直线电机段供电。每套牵引供电系统包含多组独立的AC-DC-AC变流装置。每组变流装置对应一套直线电机，该直线电机可以包括对应于多个定子开关站的多个独立的直线电机段。在一个供电分区中，每组牵引变流器中每一时刻只有一个直线电机段处于工作状态。该方法控制较简单，但线路压降较大，不适合大功率长距离供电。

如图8所示，在本发明的一些实施例中，双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括三个实时仿真器81～83、两个实物控制设备CCU1～CCU2及两个电机控制单元MCU1～MCU2。第一实时仿真器81可以根据实物控制设备CCU1～CCU2及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。第二实时仿真器82可以运行虚拟供电系统仿真模型对地面供电系统的外特性功能和接口数据进行简化的模拟，从而节省设备成本并降低仿真的计算量。第三实时仿真器83可以运行列车运动学模型，根据接收直线电机瞬态模型输出的列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1～MCU2和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1～MCU2对各直线电机段的闭环控制。两步法及蛙跳法供电的激活时序信号为本领域的技术人员习知的技术手段，在此不再赘述。

如图9所示，在本发明的一些实施例中，单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括三个实时仿真器91～93、一个实物控制设备CCU1及一个电机控制单元MCU1。第一实时仿真器91可以根据实物控制设备CCU1及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。第二实时仿真器92可以运行虚拟供电系统仿真模型对地面供电系统的外特性功能和接口数据进行简化的模拟，从而节省设备成本并降低仿真的计算量。第三实时仿真器93可以运行列车运动学模型，根据接收直线电机瞬态模型输出的列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1对各直线电机段的闭环控制。

如图10所示，在本发明的一些实施例中，双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括三个实时仿真器101～103、两个实物控制设备CCU1～CCU2及两个电机控制单元MCU1～MCU2。第一实时仿真器101可以根据实物控制设备CCU1～CCU2及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器102可以根据两个电机控制单元MCU1～MCU2中的有效者提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3或CCU4以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。同时，第二实时仿真器102还可以根据两个电机控制单元MCU1～MCU2中的有效者提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU5或CCU6以确定参考转矩，再利用其CPU运行另一个虚拟供电系统仿真模型对第三电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟，从而进一步节省设备成本并降低仿真的计算量。第三实时仿真器103可以运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器101的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器102的两个虚拟供电系统仿真模型输出的三个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1～MCU2和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1～MCU2对各直线电机段的闭环控制。

如图11所示，在本发明的一些实施例中，双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括两个实时仿真器111～112、两个实物控制设备CCU1～CCU2及两个电机控制单元MCU1～MCU2。第一实时仿真器111可以根据实物控制设备CCU1～CCU2及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器112可以根据两个电机控制单元MCU1～MCU2中的有效者提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3或CCU4以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。同时，第二实时仿真器112还可以根据两个电机控制单元MCU1～MCU2中的有效者提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU5或CCU6以确定参考转矩，再利用其CPU运行另一个虚拟供电系统仿真模型对第三电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟，从而进一步节省设备成本并降低仿真的计算量。此外，第二实时仿真器112还可以进一步利用其CPU运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器111的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器112的两个虚拟供电系统仿真模型输出的三个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1～MCU2和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1～MCU2对各直线电机段的闭环控制。

如图12所示，在本发明的一些实施例中，单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括三个实时仿真器121～123、一个实物控制设备CCU1及一个电机控制单元MCU1。第一实时仿真器121可以根据实物控制设备CCU1及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器122可以根据电机控制单元MCU1提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。同时，第二实时仿真器122还可以根据电机控制单元MCU1提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU5确定参考转矩，再利用其CPU运行另一个虚拟供电系统仿真模型对第三电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟，从而进一步节省设备成本并降低仿真的计算量。第三实时仿真器123可以运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器121的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器122的两个虚拟供电系统仿真模型输出的三个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1对各直线电机段的闭环控制。

如图13所示，在本发明的一些实施例中，单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括两个实时仿真器131～132、一个实物控制设备CCU1及一个电机控制单元MCU1。第一实时仿真器131可以根据实物控制设备CCU1及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器132可以根据电机控制单元MCU1提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。同时，第二实时仿真器112还可以根据电机控制单元MCU1提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU5以确定参考转矩，再利用其CPU运行另一个虚拟供电系统仿真模型对第三电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟，从而进一步节省设备成本并降低仿真的计算量。此外，第二实时仿真器132还可以进一步利用其CPU运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器131的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器132的两个虚拟供电系统仿真模型输出的三个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1对各直线电机段的闭环控制。

如图14所示，在本发明的一些实施例中，双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统可以包括两个实时仿真器141～142、两个实物控制设备CCU1～CCU2及两个电机控制单元MCU1～MCU2。第一实时仿真器141可以根据实物控制设备CCU1～CCU2及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器142可以根据两个电机控制单元MCU1～MCU2中的有效者提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3或CCU4以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。此外，第二实时仿真器142还可以进一步利用其CPU运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器141的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器142的虚拟供电系统仿真模型输出的两个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1～MCU2和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1～MCU2对各直线电机段的闭环控制。

如图15所示，在本发明的一些实施例中，单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统可以包括两个实时仿真器151～152、一个实物控制设备CCU1及一个电机控制单元MCU1。第一实时仿真器151可以根据实物控制设备CCU1及详细的仿真对象模型进行半实物仿真，从而计算出变流器、直线电机段等模型当前的电压、电流、车速等数据。由于运行简化的虚拟供电系统仿真模型可以节省大量的计算量，第二实时仿真器152可以根据电机控制单元MCU1提供的参考牵引力，先利用其CPU运行对应的虚拟控制设备CCU3以确定参考转矩，再利用其CPU运行一个虚拟供电系统仿真模型对第二电机段输出的实际电机转矩进行简化的模拟。此外，第二实时仿真器152还可以进一步利用其CPU运行列车运动学模型，根据第一实时仿真器151的直线电机瞬态模型、第二实时仿真器152的虚拟供电系统仿真模型输出的两个列车牵引力计算出列车当前的速度，并将计算获得的车速数据反馈给直线电机瞬态模型、等效供电变流系统模型、电机控制单元MCU1和其他外部设备，从而实现电机控制单元MCU1对各直线电机段的闭环控制。

由此可见，本发明提供的上述半实物仿真系统能够适用于双端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统、单端供电三步法的磁悬浮列车地面供电系统、双端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统，以及单端供电两步法/蛙跳法的磁悬浮列车地面供电系统，具有较强的兼容性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的半实物仿真方法，用于在不影响磁悬浮列车的运行工况的前提下省略部分半实物仿真所需设备，并节约设备成本。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真系统，其特征在于，包括：

实物控制设备，适于根据电机控制单元提供的控制指令计算控制一个直线电机段的变流器所需的控制脉冲指令，所述控制指令指示所述变流器的等效输出参考电压；

第一实时仿真器，适于根据所述实物控制设备提供的控制脉冲指令运行变流器瞬态模型及直线电机瞬态模型以仿真所述一个直线电机段的输出量，并适于将所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力发送到列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速，其中，所述变流器瞬态模型用于模拟所述变流器，所述直线电机瞬态模型用于模拟所述一个直线电机段；

第二实时仿真器，适于根据所述电机控制单元提供的参考牵引力运行虚拟控制设备以确定参考转矩，适于根据所述参考转矩及所述车速运行等效供电变流系统模型以仿真另一个直线电机段的输出量，并适于将所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速，其中，所述等效供电变流系统模型指示所述参考转矩、所述车速及所述另一个直线电机段的输出量的对应关系；以及

所述电机控制单元，适于制定所述控制指令及所述参考牵引力，并适于向所述第一实时仿真器的定子开关站模型及所述第二实时仿真器的所述等效供电变流系统模型提供激活时序信号，以控制所述直线电机瞬态模型及所述等效供电变流系统模型按时序仿真各直线电机段的输出量。

2.如权利要求1所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述一个直线电机段的输出量还包括所述一个电机的电机电流及实际转速，所述实物控制设备还适于采集所述电机电流及所述实际转速，并根据所述控制指令、所述电机电流及所述实际转速来计算所述控制脉冲指令。

3.如权利要求2所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述第一实时仿真器包括现场可编程逻辑门阵列，

所述现场可编程逻辑门阵列包括I/O接口，所述I/O接口适于从所述实物控制设备获取所述控制脉冲指令、所述车速及所述电机电流，

所述现场可编程逻辑门阵列适于根据所述I/O接口获取的所述控制脉冲指令及所述电机电流运行所述变流器瞬态模型以仿真所述变流器输出的脉宽调制电压，适于根据所述脉宽调制电压及所述车速运行所述直线电机瞬态模型以仿真所述一个直线电机段输出的所述电机转矩及所述电机电流，并适于将所述电机转矩发送到所述列车运动学模型，所述电机转矩指示所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力。

4.如权利要求3所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述第一实时仿真器还适于根据所述电机控制单元提供的其他直线电机段的时序激活信号运行所述定子开关站模型，以控制所述现场可编程逻辑门阵列运行所述直线电机瞬态模型来仿真所述其他直线电机段的输出量。

5.如权利要求1所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述等效供电变流系统模型包括牵引系统外特性曲线表，所述牵引系统外特性曲线表指示所述参考转矩、所述车速及所述直线电机段的电机转矩的对应关系，

所述第二实时仿真器进一步适于根据所述参考转矩及所述车速，查阅所述牵引系统外特性曲线表以获得所述另一个直线电机段的电机转矩。

6.如权利要求5所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述第二实时仿真器适于根据所述电机控制单元提供的参考牵引力运行多个虚拟控制设备以确定多个参考转矩，适于根据所述多个参考转矩及所述磁悬浮列车的所述车速运行多个等效供电变流系统模型以仿真多个直线电机段的输出量，并适于将所述多个等效供电变流系统模型输出的多个列车牵引力发送到所述列车运动学模型。

7.如权利要求5所述的半实物仿真系统，其特征在于，所述第二实时仿真器还适于根据所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力和/或所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力，运行所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速，并适于将所述车速的数据反馈到所述电机控制单元。

8.如权利要求1所述的半实物仿真系统，其特征在于，还包括：

第三实时仿真器，适于根据所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力和/或所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力，运行所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的所述车速，并适于将所述车速的数据反馈到各所述实时仿真器。

9.如权利要求1所述的半实物仿真系统，其特征在于，包括两个所述实物控制设备及两个所述电机控制单元，其中，

两个所述电机控制单元适于确定所述一个直线电机段的两个变流器所需的等效输出参考电压，以及所述另一个直线电机段的两个虚拟控制设备所需的参考牵引力，

两个所述实物控制设备适于根据两个所述电机控制单元中的有效者提供的等效输出参考电压计算控制对应变流器所需的控制脉冲指令，

所述第一实时仿真器适于根据两个所述实物控制设备中的有效者提供的控制脉冲指令运行对应的变流器瞬态模型及所述直线电机瞬态模型，以仿真所述一个直线电机段的输出量，

所述第二实时仿真器适于根据两个所述电机控制单元中的有效者提供的参考牵引力运行对应虚拟控制设备以确定参考转矩。

10.如权利要求1所述的半实物仿真系统，其特征在于，还包括以太网交换机，所述太网交换机通信连接所述电机控制单元、所述实物控制设备及各实时仿真器。

11.一种磁悬浮列车地面供电系统的半实物仿真方法，其特征在于，包括：

以电机控制单元向第一实时仿真器的定子开关站模型及第二实时仿真器的等效供电变流系统模型提供激活时序信号，以控制所述第一实时仿真器的直线电机瞬态模型及所述等效供电变流系统模型按时序仿真各直线电机段的输出量；

以所述电机控制单元制定向实物控制设备提供的控制指令，以及向所述第二实时仿真器的虚拟控制设备提供的参考牵引力，其中，所述控制指令指示一个直线电机段的变流器的等效输出参考电压；

根据所述电机控制单元提供的所述控制指令，以所述实物控制设备计算控制所述一个直线电机段的变流器所需的控制脉冲指令；

根据所述实物控制设备提供的所述控制脉冲指令，以所述第一实时仿真器运行变流器瞬态模型及直线电机瞬态模型以仿真所述一个直线电机段的输出量，其中，所述变流器瞬态模型用于模拟所述变流器，所述直线电机瞬态模型用于模拟所述一个直线电机段；

以所述第一实时仿真器将所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的所述车速；

根据所述电机控制单元提供的所述参考牵引力，以所述第二实时仿真器运行所述虚拟控制设备以确定参考转矩；

根据所述参考转矩及所述车速，以所述第二实时仿真器运行所述等效供电变流系统模型以仿真另一个直线电机段的输出量，其中，所述等效供电变流系统模型指示所述参考转矩、所述车速及所述另一个直线电机段的输出量的对应关系；以及

以所述第二实时仿真器将所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速。

12.如权利要求11所述的半实物仿真方法，其特征在于，还包括：

以所述实物控制设备采集所述直线电机瞬态模型输出的电机电流及实际转速；以及

根据所述控制指令、所述电机电流及所述实际转速，以所述实物控制设备计算所述控制脉冲指令。

13.如权利要求12所述的半实物仿真方法，其特征在于，还包括：

以所述第一实时仿真器的现场可编程逻辑门阵列的I/O接口从所述实物控制设备获取所述控制脉冲指令、所述车速及所述电机电流；

根据所述I/O接口获取的所述控制脉冲指令及所述电机电流，以所述现场可编程逻辑门阵列运行所述变流器瞬态模型，以仿真所述变流器输出的脉宽调制电压；

根据所述脉宽调制电压及所述车速，以所述现场可编程逻辑门阵列运行所述直线电机瞬态模型，以仿真所述一个直线电机段输出的所述电机转矩及所述电机电流；以及

以所述现场可编程逻辑门阵列将所述电机转矩发送到所述列车运动学模型，所述电机转矩指示所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力。

14.如权利要求13所述的半实物仿真方法，其特征在于，还包括：

根据所述电机控制单元提供的其他直线电机段的时序激活信号，以所述第一实时仿真器运行所述定子开关站模型，以控制所述现场可编程逻辑门阵列运行所述直线电机瞬态模型来仿真所述其他直线电机段的输出量。

15.如权利要求11所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述仿真另一个直线电机段的输出量的步骤进一步包括：

根据所述参考转矩及所述车速，以所述第二实时仿真器查阅所述等效供电变流系统模型的牵引系统外特性曲线表，以获得所述另一个直线电机段的电机转矩，所述牵引系统外特性曲线表指示所述参考转矩、所述车速及所述直线电机段的电机转矩的对应关系。

16.如权利要求15所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述确定参考转矩的步骤进一步包括：根据所述电机控制单元提供的参考牵引力，以所述第二实时仿真器运行多个虚拟控制设备以确定多个参考转矩，

所述仿真另一个直线电机段的输出量的步骤进一步包括：根据所述多个参考转矩及所述磁悬浮列车的所述车速，以所述第二实时仿真器运行多个等效供电变流系统模型以仿真多个直线电机段的输出量，

所述将所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力发送到所述列车运动学模型的步骤进一步包括：以所述第二实时仿真器将所述多个等效供电变流系统模型输出的多个列车牵引力发送到所述列车运动学模型。

17.如权利要求15所述的半实物仿真方法，其特征在于，还包括：

根据所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力和/或所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力，以所述第二实时仿真器运行所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的车速；以及

以所述第二实时仿真器将所述车速的数据反馈到所述电机控制单元。

18.如权利要求11所述的半实物仿真方法，其特征在于，还包括：

根据所述直线电机瞬态模型输出的列车牵引力和/或所述等效供电变流系统模型输出的列车牵引力，以第三实时仿真器运行所述列车运动学模型以计算所述磁悬浮列车的所述车速；以及

以所述第三实时仿真器将所述车速的数据反馈到各所述实时仿真器。

19.如权利要求11所述的半实物仿真方法，其特征在于，所述确定控制指令及参考牵引力的步骤进一步包括：以两个所述电机控制单元确定所述一个直线电机段的两个变流器所需的等效输出参考电压，以及所述另一个直线电机段的两个虚拟控制设备所需的参考牵引力，

所述计算控制脉冲指令的步骤进一步包括：根据两个所述电机控制单元中的有效者提供的等效输出参考电压，以对应实物控制设备计算控制对应变流器所需的控制脉冲指令，

所述仿真所述一个直线电机段的输出量的步骤进一步包括：根据两个所述实物控制设备中的有效者提供的控制脉冲指令，以所述第一实时仿真器运行对应的变流器瞬态模型及所述直线电机瞬态模型，以仿真所述一个直线电机段的输出量，

所述仿真所述另一个直线电机段的输出量的步骤进一步包括：根据两个所述电机控制单元中的有效者提供的参考牵引力，以所述第二实时仿真器运行对应虚拟控制设备以确定参考转矩。

20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求11～19中任一项所述的半实物仿真方法。

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