CN113252326A - 柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法。其中，测试装置包括通信连接的实时仿真机和数据信息交互装置；数据信息交互装置用于与调速器连接；其中，数据信息交互装置包括通信连接的数据采集器、端口扩展板和实时仿真触发器；实时仿真机通过数据信息交互装置获取调速器的控制信息；并在数据信息交互装置的触发下，基于调速器的控制信息运行柴油机和发电机的数学模型，得到调速器的仿真运行状态信息，从而通过硬件在环仿真测试技术提高了测试效率，降低了测试成本，以及通过端口扩展板，提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

Description

柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及仿真测试技术领域，尤其是涉及柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法。

背景技术

传统柴油发电机调速器的测试，往往需要将调速器安装到柴油发电机上，通过对柴油发电机的启动、稳定运行、并网以及停止实现调速器的测试，该测试过程不但需要消耗大量的燃油，且，测试周期较长，灵活性较差，如果出现故障或参数改变，则将导致测试周期延长，增加了测试成本，严重的还会威胁到测试人员的人身安全。继而诞生了数学仿真测试方法，通过建立柴油发电机的数学模型，并根据所需测试性能在计算机上编写程序，以对数学模型进行控制以及分析研究，相较于传统测试方法，这种测试方法虽然在灵活性、测试速度以及可重复性上具有很大优势，但是，该方法具有局限性，对于一些复杂的系统难以建立精确的数学模型，或者数学模型过于复杂难以求解等，从而导致具有较大的测试误差。

现有的测试方法主要采用硬件在环仿真技术，即在计算机上建立柴油发电机的数学模型，并将柴油发电机的控制系统中一些结构复杂、不易建立数学模型，同时对控制效果影响较大的关键部件，通过接口板与计算机连接，从而实现柴油发电机调速器的开发和测试。这种方法虽然可以实现调速器的测试，但是关键部件和计算机需要通过专用接口板连接，导致在实际应用中通用性较差，限制了应用场景，不能满足实际测试需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法，以缓解上述问题，提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

第一方面，本发明实施例提供了一种柴油发电机调速器的测试装置，该装置包括通信连接的实时仿真机和数据信息交互装置；其中，数据信息交互装置用于与调速器连接；实时仿真机包括存储模块、信息管理模块、仿真运行模块和人机交互模块；存储模块用于存储柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息及柴油机的运行状态信息；信息管理模块用于实现实时仿真机与数据信息交互装置的信息交互，该信息交互包括经数据信息交互装置读取调速器的控制信息，以及将柴油机的运行状态信息经数据信息交互装置发送给调速器；仿真运行模块用于在触发脉冲触发下运行柴油机和发电机的数学模型，并根据调速器的控制信息输出仿真运行状态信息；人机交互模块用于在调速器测试开始与结束过程中的人机交互，以及用于实现柴油机和/或发电机的运行参数设置；数据信息交互装置包括通信连接的数据采集器、端口扩展板和实时仿真触发器；数据采集器用于在实时仿真机与调速器通信连接后，采集调速器输出的控制信息并发送到实时仿真机；端口扩展板用于接收实时仿真机输出的柴油机的运行状态信息，并将运行状态信息按照信息类型发送到对应的端口，以供调速器读取；实时仿真触发器内置有MHz或MHz以上频率的时钟，按照实时仿真机的仿真步长产生触发脉冲并发送给实时仿真机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述实时仿真机还用于基于预设的安全访问数据结构及预设传输方式建立公共信息数据集，公共信息数据集包括柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息和运行状态信息；公共信息数据集中数据的读取和写入遵循安全访问数据结构和预设传输方式。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述数据信息交互装置还用于从实时仿真机获取仿真步长；信息管理模块还用于接收触发脉冲，将触发脉冲写入公共信息数据集；仿真运行模块还用于监听仿真计算过程和触发脉冲，如果上一时刻仿真计算未结束且公共信息数据集已有新的触发脉冲，则在下一时刻的仿真计算中修改仿真步长，并向数据信息交互装置下发修改后的仿真步长，以使数据信息交互装置中的实时仿真触发器按照修改后的仿真步长生成触发脉冲。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述数据信息交互装置包括通信端口、数字量输出端口、数字量输入端口、频率输出端口、模拟量输入端口和模拟量输出端口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述数据采集器包括可调节负载；上述数据采集器还用于通过可调节负载对采集到的调速器输出的控制信息进行放大或缩小转换，并输出转换后的控制信息至实时仿真机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述数据信息交互装置的端口扩展板设计有不同预设电压电路的数字量输出端口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述信息管理模块与数据信息交互装置之间建立有数据通讯互斥机制，用于实现调速器的控制信息的传输和柴油机的运行状态信息的传输无干扰。

第二方面，本发明实施例还提供一种柴油发电机调速器的测试系统，该系统包括上述第一方面的柴油发电机调速器的测试装置和柴油发电机的调速器。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述调速器为数字式调速器。

第三方面，本发明实施例还提供一种柴油发电机调速器的测试方法，该方法应用于第一方面的柴油发电机调速器的测试装置，该方法包括：实时仿真机通过数据信息交互装置获取调速器的控制信息；实时仿真机在数据信息交互装置的触发下，基于调速器的控制信息运行柴油机和发电机的数学模型，得到调速器的仿真运行状态信息。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供了柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法，其中，实时仿真机中通过数据信息交互装置与待测试的调速器连接，实时仿真机中存储有柴油机和发电机的数学模型，从而通过硬件在环仿真测试技术对调速器进行测试，降低了测试成本，提高了测试效率；以及通过端口扩展板，还提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种柴油发电机调速器的测试装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种柴油发电机调速器的测试装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种柴油发电机调速器的测试装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种数据信息交互装置的端口示意图；

图5为本发明实施例提供的一种数据通讯互斥机制的流程图；

图6为本发明实施例提供的另一种数据通讯互斥机制的流程图；

图7为本发明实施例提供的另一种柴油发电机调速器的测试装置的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种人机交互模块的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种柴油发电机调速器的测试系统的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种柴油发电机调速器的测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有测试方法中接口板通用性较差，限制了应用场景的问题，本发明实施例提供了柴油发电机调速器的测试装置、系统及方法，以缓解上述问题，提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

为便于对本实施例进行理解，下面首先对本发明实施例提供的一种柴油发电机调速器的测试装置进行详细介绍。

本发明实施例提供了一种柴油发电机调速器的测试装置，如图1所示，该装置包括通信连接的实时仿真机1和数据信息交互装置2；其中，数据信息交互装置2用于与调速器3连接；通过数据信息交互装置将调速器与实时仿真机的测试硬件接口连接，从而形成了调速器的硬件闭环仿真测试。

具体地，实时仿真机1包括通信连接的存储模块11、信息管理模块12、仿真运行模块13和人机交互模块14；其中，存储模块11用于存储柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息及柴油机的运行状态信息；信息管理模块12用于实现实时仿真机1与数据信息交互装置2的信息交互，该信息交互包括经数据信息交互装置2读取调速器3的控制信息，以及将柴油机的运行状态信息经数据信息交互装置2发送给调速器3；这里运行状态信息包括但不仅限于柴油机的转速、功率、转矩、齿条位置和喷油量等，具体可以根据实际情况进行设置。仿真运行模块13用于在触发脉冲触发下运行柴油机和发电机的数学模型，并根据调速器3的控制信息输出仿真运行状态信息；其中，仿真运行状态信息包括但不仅限于柴油机的转速、功率、转矩、齿条位置和喷油量等，以及发电机的转速、功率、转矩、齿条位置和喷油量等，具体可以根据实际情况进行设置。人机交互模块14则用于在调速器测试开始与结束过程中的人机交互，以及用于实现柴油机和/或发电机的运行参数设置；例如用于响应用户的设置操作，以对柴油机的转速或功率等进行设置等。

数据信息交互装置2包括通信连接的数据采集器21、端口扩展板22和实时仿真触发器23；数据采集器21用于在实时仿真机1与调速器3通信连接后，采集调速器3输出的控制信息并发送到实时仿真机1；端口扩展板22则用于接收实时仿真机1输出的柴油机的运行状态信息，并将运行状态信息按照信息类型发送到对应的端口，以供调速器3读取；实时仿真触发器23内置有MHz或MHz以上频率的时钟，按照实时仿真机1的仿真步长产生触发脉冲并发送给实时仿真机1。因此，通过在实时仿真机中设置仿真步长机制，并在实时仿真触发器23的触发脉冲触发下运行柴油机和发电机的数学模型，实现了柴油发电机调速器的测试装置在非实时系统上运行，提高了测试装置的适应性。

本发明实施例提供的柴油发电机调速器的测试装置，实时仿真机中存储有柴油机和发电机的数学模型，并通过数据信息交互装置与待测试的调速器连接，从而通过硬件在环仿真测试技术对调速器进行测试，降低了测试成本，提高了测试效率；以及通过端口扩展板，还提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

在其中一种可能的实施例中，上述实时仿真机还用于基于预设的安全访问数据结构及预设传输方式建立公共信息数据集，其中，公共信息数据集包括柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息和运行状态信息；如图2所示，公共信息数据集15分别与存储模块11、信息管理模块12、仿真运行模块13和人机交互模块14通信连接，且，公共信息数据集中数据的读取和写入遵循安全访问数据结构和预设传输方式，即存储模块11、信息管理模块12、仿真运行模块13和人机交互模块14分别根据安全访问数据结构和预设传输方式对公共信息数据集中数据进行读取和写入，从而存储模块11、信息管理模块12、仿真运行模块13和人机交互模块14通过公共信息数据集15实现了通信，不仅提高了测试装置中数据交互的安全性以及传输速度，还提高了测试效率。

其中，上述安全访问数据结构可以定义如下：

安全访问数据结构{

安全访问数据变量1：数据变量；

安全访问数据变量2：安全访问数据变量1修改缓冲区；

安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数；

安全访问数据变量4：数据变量修改标识；

安全访问数据方法1：修改数据；

安全访问数据方法2：拷贝读取数据；

安全访问数据方法3：提请修改；

}

具体地，对于上述安全访问数据结构，设置如下预设传输方式：其中，上述安全访问数据变量1为数据变量，可对应传统类型变量(如单一的整型、浮点型变量或数组)和结构或类形式的对象(变量)等。

上述安全访问数据变量2为“安全访问数据变量1：数据变量”的修改缓冲区，在多用户读写冲突时，以链表形式对要更新的“安全访问数据变量1：数据变量”进行存储。

上述安全访问数据变量3为数据变量的访问者计数，即当一个应用开始访问“安全访问数据变量1：数据变量”时计数加1，结束访问时计数减1。

上述安全访问数据变量4为数据变量修改标识，即当“安全访问数据变量1：数据变量”正被修改时，该标识设置为TRUE，否则设置为FALSE。

上述安全访问数据方法1为修改数据，应用于“安全访问数据变量2：安全访问数据变量1修改缓冲区”，对“安全访问数据变量1：数据变量”直接修改，该方法当“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”为1时，则由最后一个数据变量访问者修改，并在修改开始将“安全访问数据变量4：数据变量修改标识”设置为TRUE，以及修改结束再将标识设置为FALSE。

上述安全访问数据方法2为拷贝读取数据，该方法以拷贝形式读取“安全访问数据变量1：数据变量”，在该方法开始，将“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”加1，在该方法结束，判断“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”是否为1，如为1则执行“安全访问数据方法1：修改数据”，之后将“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”减1并返回。

上述安全访问数据方法3为提请修改，该方法首先将“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”加1，将“安全访问数据变量1：数据变量”要修改的数据以追加模式放入“安全访问数据变量2：安全访问数据变量1修改缓冲区”，然后判断“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”是否为1，如为1则将安全访问“安全访问数据变量4：数据变量修改标识”，并设置标识为TRUE，以及执行“安全访问数据方法1：修改数据”，否则将“安全访问数据变量3：数据变量的访问者计数”减1并返回。

综上，通过在实时仿真机中基于预设的安全访问数据结构及预设传输方式建立公共信息数据集，对于实时仿真机中多个模块随机读取或修改公共信息数据集中数据的情况，可以有效避免了多个模块之间的读写冲突，从而提高了测试装置数据的安全性，进而保证了测试装置的测试精度，具有较好的实用价值。

在另一种可能的实施例中，如图3所示，上述数据信息交互装置2还用于从实时仿真机1获取仿真步长；信息管理模块12还用于接收触发脉冲，将触发脉冲写入公共信息数据集15；其中，实时仿真机1中还建立有仿真步长寻优机制，具体地，仿真运行模块13通过查询方式判断是否启动下一时刻的仿真计算，即仿真运行模块13监听仿真计算过程和触发脉冲，如果上一时刻仿真计算未结束且公共信息数据集15已有新的触发脉冲，则在下一时刻的仿真计算中修改仿真步长，并向数据信息交互装置2下发修改后的仿真步长，以使数据信息交互装置2中的实时仿真触发器23按照修改后的仿真步长生成触发脉冲，保证了数据传输的实时性，同时通过修改仿真步长还实现了柴油发电机调速器的测试装置可以工作在非实时系统中，提高了测试装置的通用性，具有较好的实用价值。

具体地，实时仿真机1在公共信息数据集15中还设置有仿真计算触发标识和仿真计算结束标识；当仿真运行模块13从公共信息数据集15中监听到仿真计算触发标识时启动计算，并在仿真计算开始将仿真计算触发标识和仿真计算结束标识均设置为FALSE，在仿真计算结束将仿真计算结束标识设置为TRUE。

实时仿真机1中信息管理模块12从实时仿真触发器23获取触发脉冲，并将触发脉冲写入公共信息数据集15，当公共信息数据集15中出现新的触发脉冲，则将公共信息数据集15中的仿真计算触发标识设置为TRUE。如果在新的触发脉冲到来前，仿真计算已经结束(此时，仿真计算结束标识为TRUE)则继续运行；如果在新的触发脉冲到来时，仿真计算未结束(此时，仿真计算结束标识设置为FALSE)，则对仿真步长进行调整，即仿真运行模块13在下一时刻的仿真计算中修改仿真步长，并将修改后的仿真步长同步至实时仿真触发器23，以使实时仿真触发器23按照修改后的仿真步长生成触发脉冲，保证了数据传输的实时性。

其中，修改后的仿真步长可以根据下式进行计算：

Tstep_new＝Tstep_old*Kadjust (1)

其中，Tstep_new表示修改后的仿真步长，Tstep_old表示修改前的仿真步长，Kadjust表示修正系数。

在实际应用中，实时仿真机1建立的仿真步长寻优机制如下：(1)在新的触发脉冲到来前，如果仿真计算已经结束，则将修正系数Kadjust设置为小于1的数(可选的，如0.8～0.99之间的数)，并根据上述公式计算修正后的仿真步长；(2)在新的触发脉冲到来时，如果仿真计算未结束，则将修正系数Kadjust设置为大于1的数(如1～1.2之间的数)，并根据上述公式计算修正后的仿真步长；直至Tstep_new＝Tstep_old*(1+ε)时仿真计算结束早于新的触发脉冲到来，且Tstep_new＝Tstep_old*(1-ε)时仿真计算结束晚于新的触发脉冲到来，这里ε为一个趋于零的数，可选的如ε＝0.05，则取Tstep_new＝Tstep_old*(1+ε)，以修正后的仿真步长。

可选的，上述数据信息交互装置包括多个端口，其中，端口包括但不仅限于通信端口、数字量输出端口、数字量输入端口、频率输出端口、模拟量输入端口和模拟量输出端口；具体端口的类型和数量可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

其中，上述数据信息交互装置2的端口扩展板22还设计有不同预设电压电路的数字量输出端口，从而可以提高数据信息交互装置2对不同电压电路的适应能力，即提高了数据信息交互装置2的通用性，进而提高了测试装置的通用性。

此外，上述数据采集器21还包括可调节负载；上述数据采集器21还用于通过可调节负载对采集到的调速器输出的控制信息进行放大或缩小转换，并输出转换后的控制信息至实时仿真机1，从而提高了测试装置的仿真准确度。

为了便于理解，这里举例说明。如图4所示，数据信息交互装置2包括通信端口2201、数字量输出端口2203和2204、数字量输入端口2205、频率输出端口2206、模拟量输入端口2207和模拟量输出端口2208，以及还包括电源输入端口2202和可调节负载端口2209等。其中，通信端口2201用于与实时仿真机1通信，实时仿真机1可以通过USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)总线和通信端口2201与数据信息交互装置2连接，也可以通过其他方式通信连接等。

上述数字量输出端口2203和2204则用于将实时仿真机1输出的第一数字量信号传输至调速器3，其中，第一数字量信号应至少包括：启动信号和停止信号，以及，怠速和额定转速启动信号、手动增速减速信号、加/减负载信号、并网信号和无故障信号等，这里无故障信号则是指故障模拟，实时仿真机1根据已定义的故障内容对调速器3进行模拟，得到的一个可能为数字量的信号，如：按下停止键后，启动键应为低电平但其仍为高电平；此外，也可能为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲信号，如：柴油机超速等，具体可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

除了上述数字量输出端口之外，端口扩展板22中还设置有不同预设电压电路的数字量输出端口，为了便于理解，对于端口扩展板22中不同预设电压电路的数字量输出端口，这里以数字量输出端口2203和2204为例说明，如第一数字量输出端口2203为第一预设电压V1电路的数字量输出端口，第二数字量输出端口2204为第二预设电压V2电路的数字量输出端口，其中，第一预设电压V1和第二预设电压V2并不相同，从而通过端口扩展板22拓宽了数字量输出端口的使用范围，进而扩展了数据信息交互装置2的应用场景，即丰富了测试装置的应用场景，具有较好的实用价值。

上述数字量输入端口2205则用于获取调速器3输出的第二数字量信号，并将第二数字量信号发送至实时仿真机1，其中，第二数字量信号包括调速器3的故障信号等，便于用户及时通过实时仿真机1掌握调速器3的故障情况，并避免了调速器3的故障对柴油发电机造成影响；上述频率输出端口2206则用于将柴油机运行信息中转速数据发送至调速器3；上述模拟量输入端口2207则用于获取调速器3的控制信息，这里控制信息也可称为期望控制信息；并将该期望控制信息通过数据信息交互装置2转换为实际控制信息发送至实时仿真机1，如对期望控制信息进行放大或缩小转换，以得到转换后的控制信息即实际控制信息，以便实时仿真机1根据实际控制信息对数学模型进行计算；上述模拟量输出端口2208则用于获取通过数据信息交互装置2中可调节负载转换后的实际控制信息，并将实际控制信息传输至调速器3，以使调速器3根据实际控制信息调整期望控制信息的输出。

以及，上述可调节负载端口2209则用于获取模拟量输入端口2207的倍数信息，以对模拟量输入端口2207获取的期望控制信息进行放大或缩小处理，并将转换后的控制信息即实际控制信息发送至实时仿真机1，以使实时仿真机1根据实际控制信息对数学模型进行计算。需要说明的是，无论倍数信息范围多大，上述转换后的控制信息的精度保持不变，如只改变模拟量的幅值等。

需要说明的是，上述通信端口、数字量输出端口、数字量输入端口、频率输出端口、模拟量输入端口和模拟量输出端口的具体端口数量，还可以根据实际测试场景进行设置，如增加数字量输出端口的数量等，以满足不同的测试场景，本发明实施例对此不作限制说明。

进一步的，上述信息管理模块12与数据信息交互装置2之间建立有数据通讯互斥机制，用于实现调速器3的控制信息的传输和柴油机的运行状态信息的传输无干扰，从而保证了数据传输的完整性，提高了仿真准确度。

具体地，上述数据通讯互斥机制为信息管理模块12与数据信息交互装置2之间控制信息以及柴油机运行状态信息的读写互斥，如图3所示，信息管理模块12与数据采集器21之间通过可读信号进行通信，信息管理模块12则与端口扩展板22通过可写信号进行通信，避免了读信息和写信息相互干扰，保证了数据传输的完整性。

其中，如图5所示，信息管理模块12执行读命令包括如下过程：

(1)首先判断可读信号是否可读；如果否即读取结果为1，则信息管理模块12不可执行读命令，此时信息管理模块12等待，并继续读取可读信号；如果是即读取结果为0，则信息管理模块12可执行读命令；

(2)此时数据信息交互装置2向实时仿真机1发送禁止写命令；这里禁止写命令对应的可写信号为1；

(3)信息管理模块12读信息，例如读取数据采集器21采集的调速器3输出的控制信息等；

(4)当读取完成后，数据信息交互装置2向实时仿真机1发送允许写命令；其中，允许写命令对应的可写信号为0，从而避免了写命令对读命令干扰，保证了读命令的数据完整性。

同理，如图6所示，信息管理模块12执行写命令包括如下过程：

(1)首先判断可写信号是否可读；如果否即读取结果为1，则信息管理模块12不可执行写命令，此时信息管理模块12等待，并继续读取可写信号；如果是即读取结果为0，则信息管理模块12可执行写命令；

(2)此时数据信息交互装置2向实时仿真机1发送禁止读命令；这里禁止读命令对应的可读信号为1；

(3)信息管理模块12写入信息，例如将柴油机的运行状态信息写入端口扩展板22中，以使端口扩展板22将运行状态信息按照信息类型发送到对应的端口，以供调速器3读取；

(4)当写入信息取完成后，数据信息交互装置2向实时仿真机1发送允许读命令；其中，允许读命令对应的可读信号为0，从而避免了读命令对写命令的干扰，保证了写入信息的数据完整性。

综上，本发明实施例提供的柴油发电机调速器的测试装置，通过在实时仿真机的信息管理模块与数据信息交互装置之间建立数据通讯互斥机制，保证了通讯过程中数据的完整性，从而提高了测试装置的准确度，具有较好的实用价值。

为了便于理解，这里举例说明。如图7所示，实时仿真机1初始化阶段，存储模块11将柴油机参数、发电机参数以及仿真设置信息写入公共信息数据集15；在人机交互模块14将启动命令(或者停止的时候也可发送停止命令)写入公共信息数据集15之后，仿真运行模块13从公共信息数据集15读取启动命令，并开始运算柴油机和发电机的数学模型，信息管理模块12将启动命令经数据信息交互装置2发送到调速器3；仿真运行模块13将柴油机的运行状态信息写入公共信息数据集15，人机交互模块14从公共信息数据集15读取柴油机的运行状态信息，并进行显示；信息管理模块12将柴油机的运行状态信息经数据信息交互装置2传递给调速器3，调速器3经计算后，将计算得到的期望控制信息经数据信息交互装置2转换为实际控制信息(即转换后的控制信息)后，发送给信息管理模块12，信息管理模块12将实际控制信息写入公共信息数据集15，仿真运行模块13从公共信息数据集15读取实际控制信息，并运行柴油机模型，人机交互模块14从公共信息数据集15读取实际控制信息，并进行显示，从而完成一次测试装置与调速器3的信息交换。

此外，对于调速器，如图7所示，调速器3包括功率控制器31，以及分别与功率控制器31连接的第一调速单元32和第二调速单元33，且，第一调速单元32和第二调速单元33相互连接，并通过数字量信号进行交互，当其中一个调速单元发生故障时，还可以迅速切换至另一个调速单元，避免了因调速单元发生故障影响调速器的测试，以及，第一调速单元32和第二调速单元33均与功率控制器31单向通信，以完成数据的监控。需要说明的是，在实际测试过程中，调速单元的数量可以根据实际情景进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

此外，如图8所示，上述人机交互模块14包括文件路径设置单元141、功能选择单元142和按键单元143；其中，文件路径设置单元141用于设置存储模块11、仿真运行模块13和信息管理模块12的存储路径，可选的，用户可以通过点选操作设置路径，也可以输入地址等；功能选择单元142包括参数设置、本地负载加载、并网和调试等，用户或测试人员可以根据实际情况对选中的功能对应的参数如测定转速和测定功率等进行调整或修改，其余的参数则未示出；按键单元143则用于获取用户的操作信息，并根据操作信息生成控制指令，以对柴油发电机调速器的测试进行控制；其中，按键单元包括多个按键。可选的，按键包括启动按键和停止按键，用于控制柴油发电机调速器的开始测试和结束测试，具体按键的数量和类型可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

此外，上述人机交互模块14还包括显示单元，其中，显示单元包括波形显示单元1441和运行信息显示单元1442，波形显示单元1441用于显示测试过程中产生的波形图；可选的，波形显示单元1441配置有波形图功能框，便于用户通过点选操作等选择期望的波形类型等，运行信息显示单元1442则用于显示运行过程中的各种信息，便于用户直观了解测试情况。

需要说明的是，除了上述单元外，上述实时仿真机还包含其余可以实现测试的功能单元，具体可以根据实际情况进行设置。以及，上述各个单元的具体设置位置和形式可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限制说明。

基于上述图7和图8，柴油发电机调速器的测试过程包括以下步骤：

(1)打开人机交互模块14，启动时对人机交互模块14的界面中控件进行初始化；在文件路径设置单元141中设置存储模块11、仿真运行模块13和信息管理模块12的存储路径；

(2)点击打开按键，启动存储模块11、仿真运行模块13和信息管理模块12。存储模块11将柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息等写入公共信息数据集15；仿真运行模块13从公共信息数据集15读取信息进行数学模型初始化；人机交互模块14从公共信息数据集15读取信息，并在功能选择单元142参数设置页中进行显示；

(3)在功能选择单元142中，选择本地负载加载页，在“本地负载加载方式”中选择所要试验的内容，包括自定义加减载、有功功率输入ST曲线、有功功率输入RUN曲线。若选择自定义加减载模式，则需在加本地负载表中设置负载值和加载时刻，该模式下可进行突加/突卸负载的动态仿真；若选择有功功率输入ST曲线和RUN曲线，负载值和加载时刻已在初始化时配置完成；选择并网页，待柴油机运行稳定在额定转速后，进行并网操作。若点击按键命令控制中的“自动”，柴油机进行自动并网，否则为手动并网，手动并网时，需观察转速偏差表和角度偏差表，通过“加速”、“减速”按钮，细调柴油机转速，使转速达到并网要求。选择调试页，点击“开环给定”按钮，可从软件上断开调速器齿条位置给定接口，通过在“开环齿条位置给定”表中设置齿条位置和加载时刻，开环的对柴油机进行测试。在该页中可以检测调速器对外接口参数，以及提供调速器功能测试中所需参数输入量。若选择故障模拟，“故障模拟”选项启用(正常情况下为禁用状态，呈灰色)，故障模拟包括：停机错误、第一测试支路转速错误、第二测试支路转速错误、转速突跳，但不限于此。用于测试第一调速单元32和第二调速单元33在故障情况下的切换。如停机错误：正常情况下启动信号为高(低)电平，停止信号为低(高)电平，故障情况下启动信号与停止信号同为高(低)电平；第一测试支路转速错误、第二测试支路转速错误为数字量输出信号，第一测试支路转速错误为向第二调速单元33发送高(低)电平信号，告知第二调速单元33第一测试支路转速错误进行切换；第二测试支路转速错误同理；需要说明的是，上述第一测试支路为第一调速单元32对应的测试支路，第二测试支路为第二调速单元33对应的测试支路；选择柴油机启动模式“应急/正常”，柴油机稳定转速“额定转速/怠速转速”等；

(4)点击启/停按键，“本地负载加载方式”变为灰色，禁止在运行中修改试验内容，人机交互模块14将启动指令写入公共信息数据集15，仿真运行模块13从公共信息数据集15读取到启动指令后，开始运行柴油机和发电机的数学模型；信息管理模块12将启动指令通过USB发送给数据信息交互装置2，数据信息交互装置2再通过信号线送至调速器3的“启/停”信号接收端，以启动第一调速单元32和第二调速单元33；

(5)人机交互模块14将对应启动模式中预先输入的加载值每隔T1写入公共信息数据集15，仿真运行模块13便可每隔T1从公共数据信息数据集15读取响应数据，进而按照仿真步长进行仿真运算；其中，T1根据柴油发电机每个冲程运动时间以及系统计算速度而设定，满足实时计算要求即可；仿真步长可在人机交互模块14中根据数学模型进行调整，并按照调整后仿真步长进行寻优处理；或者仿真运行模块13通过查询方式判断是否启动下一时刻的仿真计算等，具体可以参考前述实施例，本发明实施例在此不再详细赘述；

(6)仿真运行模块13根据读取到的实际控制信息(即转换后的控制信息)开始运行，一个循环后将运行状态信息(喷油量、输出功率、转速数据、涡轮增压器转速、进气温度、进气压力、缸内最大压力、转轴角度，但不限于上述参数内容)，写入到公共信息数据集15中，人机交互模块14通过从公共信息数据集15中读取计算后的数据用于波形图曲线显示，以供调试人员实时了解柴油发电机的运作情况，若出现故障，便于故障分析。其中，其中运行状态信息中的转速数据用于第一调速单元32的PID(Proportional IntegralDerivative，比例积分微分)调速；

(7)第一调速单元32将经PID运算后得到的期望控制信息如期望齿条位置信息通过信号线经数据信息交互装置2的模拟量输入端口发送到实时仿真机1上；

(8)数据信息交互装置2将期望控制信息经可调节负载处理后的实际控制信息(即转换后的控制信息)发送给信息管理模块12，并将实际控制信息写入到公共信息数据集15中；

(9)仿真运行模块13从公共信息数据集15中读取实际控制信息，并根据实际控制信息继续运行数学模型；以及，将运行后的实际控制信息通过数据信息交互装置2的模拟量输出端口传输至调速器3，以便调速器3根据运行后的实际控制信息和期望控制信息生成误差控制信息，以便根据误差控制信息再次调整期望控制信息，直至仿真运行模块13运行后的实际控制信息和期望控制信息保持一致，以提高测试装置的准确度；

(10)循环执行上述步骤(5)～(9)直到柴油发电机运行状态信息中的转速数据稳定在额定转速，完成整个启动到稳定运行的过程；在稳定运行后，可通过选择“自动/手动并网”按钮，进行并网；

(11)若在调速过程中第一调速单元32发生故障，则第一调速单元32生成故障信号，并将故障信号经信号线发送到数据信息交互装置2中；

(12)数据信息交互装置2将上述故障信号通过USB数据线发送给实时仿真机1，以在人机交互模块14的界面(或显示屏)显示故障信号包含的故障信息以及故障报警信息如故障灯的闪烁提示信息等，以便测试人员及时掌握调速器发生故障，并进行维修操作或暂停测试操作等；

(13)点击人机交互模块14中的“保存”按键，可以将波形图中的曲线保存至Excel表格中，用于后续的数据分析，如稳态调速率、瞬态调速率、转速波动率。其中，稳态调速率指柴油发电机随负载增加或减少而发生的实际转速偏离设定值的关系；瞬态调速率指柴油发电机突加(或突卸)全部负荷时，转速动态变化过程中最小(最大)转速与负荷改变前转速之差和标定转速之比；转速波动率指柴油发电机瞬间波动的转速与测试时的转速之比。

(14)选择调试页，可测试调速器的功能和性能。针对调速器各项功能设计了其所需参数，如固定转速输出、给定功率等参数，以及监控调试过程中调速器外部接口参数的状态和数值等。

综上，本发明实施例提供的柴油发电机调速器的测试装置，具有如下优势：(1)通过在实时仿真机的存储模块、仿真运行模块、信息管理模块和人机交互模块之间，基于安全访问数据结构及预设传输方式建立公共信息数据集，提高了数据交互的安全性以及传输速度；(2)通过在实时仿真机的信息管理模块与数据信息交互装置之间建立数据通讯互斥机制，保证了通讯过程中数据的完整性；(3)通过在实时仿真机中建立仿真步长寻优机制，以及在数据信息交互装置中设置根据仿真步长生成触发脉冲的实时仿真触发器，实现了测试装置测试的适应性，即可在非实时系统上运行；(4)通过在数据信息交互装置的端口扩展板中设置不同预设电压电路的数字量输出端口，以及通过采集数据采集器的可调节负载对调速器输出的控制信息进行放大或缩小转换，提高了数据信息交互装置对不同电压电路的适应能力和通用性；(5)该测试装置以软件模拟柴油机动态特性，通过信息交互装置将调速器实体与实时仿真机的硬件接口相连，从而形成了调速器的闭环仿真测试，不仅实现了在不同工况和突发事故下对调速器参数调试与性能测试，还可以实现对柴油发电机的功能测试和性能试验，因此，不仅降低了调试成本，还提高了测试效率，丰富了应用场景，具有较好的实用价值。

在上述柴油发电机调速器的测试装置的实施例基础上，本发明实施例还提供了一种柴油发电机调速器的测试系统，该系统包括上述柴油发电机调速器的测试装置和柴油发电机的调速器。

如图9所示，上述柴油发电机调速器的测试装置包括通信连接的实时仿真机1和数据信息交互装置2，柴油发电机的调速器为调速器3，其中，该调速器为数字式调速器，具体可以参考前述实施例，本发明实施例在此不再详细赘述。

因此，上述测试系统，通过将测试装置与数字式调速器实体硬件连接，实现对数字式调速器参数调试和性能调试，其中，在测试装置的实时仿真机中建立发电机和柴油机的数学模型，与直接柴油发电机实体测试相比，减少了每次测试时柴油发电机的启停时间，以及柴油发电机的燃油消耗等，减少了测试成本，提高了测试效率，以及通过端口扩展板提高了数据信息交互装置的通用性，丰富了柴油发电机调速器的测试场景，具有较好的实用价值。

本发明实施例提供的柴油发电机调速器的测试系统，与上述实施例提供的柴油发电机调速器的测试装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

进一步的，在上述柴油发电机调速器的测试装置的实施例基础上，本发明实施例还提供了一种柴油发电机调速器的测试方法，该方法应用于上述柴油发电机调速器的测试装置，如图10所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，实时仿真机通过数据信息交互装置获取调速器的控制信息；

步骤S1004，实时仿真机在数据信息交互装置的触发下，基于调速器的控制信息运行柴油机和发电机的数学模型，得到调速器的仿真运行状态信息。

上述方法步骤的具体过程，可以参考前述测试装置实施例，本发明实施例在此不再详细赘述。

本发明实施例提供的柴油发电机调速器的测试方法，与上述实施例提供的柴油发电机调速器的测试装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和方法的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，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。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述装置包括通信连接的实时仿真机和数据信息交互装置；其中，所述数据信息交互装置用于与调速器连接；

所述实时仿真机包括存储模块、信息管理模块、仿真运行模块和人机交互模块；所述存储模块用于存储柴油机参数、发电机参数、仿真设置信息及柴油机的运行状态信息；所述信息管理模块用于实现所述实时仿真机与所述数据信息交互装置的信息交互，该信息交互包括经所述数据信息交互装置读取所述调速器的控制信息，以及将所述柴油机的运行状态信息经所述数据信息交互装置发送给所述调速器；所述仿真运行模块用于在触发脉冲触发下运行所述柴油机和所述发电机的数学模型，并根据所述调速器的控制信息输出仿真运行状态信息；所述人机交互模块用于在所述调速器测试开始与结束过程中的人机交互，以及用于实现所述柴油机和/或所述发电机的运行参数设置；

所述数据信息交互装置包括通信连接的数据采集器、端口扩展板和实时仿真触发器；所述数据采集器用于在所述实时仿真机与所述调速器通信连接后，采集所述调速器输出的控制信息并发送到所述实时仿真机；所述端口扩展板用于接收所述实时仿真机输出的所述柴油机的运行状态信息，并将所述运行状态信息按照信息类型发送到对应的端口，以供所述调速器读取；所述实时仿真触发器内置有MHz或MHz以上频率的时钟，按照所述实时仿真机的仿真步长产生触发脉冲并发送给所述实时仿真机。

2.根据权利要求1所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述实时仿真机还用于基于预设的安全访问数据结构及预设传输方式建立公共信息数据集，所述公共信息数据集包括所述柴油机参数、所述发电机参数、所述仿真设置信息和所述运行状态信息；所述公共信息数据集中数据的读取和写入遵循所述安全访问数据结构和所述预设传输方式。

3.根据权利要求2所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述数据信息交互装置还用于从所述实时仿真机获取仿真步长；

所述信息管理模块还用于接收所述触发脉冲，将所述触发脉冲写入所述公共信息数据集；所述仿真运行模块还用于监听仿真计算过程和所述触发脉冲，如果上一时刻仿真计算未结束且所述公共信息数据集已有新的触发脉冲，则在下一时刻的仿真计算中修改仿真步长，并向所述数据信息交互装置下发修改后的仿真步长，以使所述数据信息交互装置中的实时仿真触发器按照修改后的仿真步长生成触发脉冲。

4.根据权利要求1所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述数据信息交互装置包括通信端口、数字量输出端口、数字量输入端口、频率输出端口、模拟量输入端口和模拟量输出端口。

5.根据权利要求1所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述数据采集器包括可调节负载；所述数据采集器还用于通过所述可调节负载对采集到的所述调速器输出的控制信息进行放大或缩小转换，并输出转换后的控制信息至所述实时仿真机。

6.根据权利要求1所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述数据信息交互装置的端口扩展板设计有不同预设电压电路的数字量输出端口。

7.根据权利要求1所述的柴油发电机调速器的测试装置，其特征在于，所述信息管理模块与所述数据信息交互装置之间建立有数据通讯互斥机制，用于实现所述调速器的控制信息的传输和所述柴油机的运行状态信息的传输无干扰。

8.一种柴油发电机调速器的测试系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-7任一项所述的柴油发电机调速器的测试装置和柴油发电机的调速器。

9.根据权利要求8所述的柴油发电机调速器的测试系统，其特征在于，所述调速器为数字式调速器。

10.一种柴油发电机调速器的测试方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的柴油发电机调速器的测试装置，所述方法包括：

所述实时仿真机通过所述数据信息交互装置获取所述调速器的控制信息；

所述实时仿真机在所述数据信息交互装置的触发下，基于所述调速器的控制信息运行柴油机和发电机的数学模型，得到所述调速器的仿真运行状态信息。

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