CN113253703B - 一种高速磁浮列车模拟测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速磁浮列车模拟测试系统及测试方法，该系统包括：电路系统模拟模块，用于模拟列车电路系统，包括电机模拟单元以及牵引系统电路单元；电机模拟控制模块，用于产生对电机模拟单元的控制信号；控制系统模拟模块，用于模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统；由控制系统模拟模块根据测试工况分别发送控制指令给牵引系统电路单元以及电机模拟控制模块，电机模拟控制模块产生所需的控制信号给电机模拟单元，牵引系统电路单元提供所需的牵引力给电机模拟单元，电机模拟单元根据接收到的控制信号运行。本发明具有实现操作简单、成本低、模拟测试效率及精度高、灵活性强等优点。

Description

一种高速磁浮列车模拟测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及高速磁浮列车技术领域，尤其涉及一种高速磁浮列车模拟测试系统及测试方法。

背景技术

磁悬浮列车是利用电磁力将列车悬浮于轨道之上，由直线电机的电磁推力推动的列车。高速磁浮列车是一种能够填补高铁与飞机之间速度空白的交通工具，高速磁悬浮列车的时速通常能够超过400公里/小时。高速磁浮交通系统由线路轨道、牵引供电、运行控制、车辆四大子系统组成，与其他轨道交通系统不同，高速磁浮交通系统中各个子系统之间都是相互紧密联系的，即高速磁浮交通系统是一个紧密关联、耦合关联性强的综合系统。

高速磁浮电机是一种特殊的长定子电机，其机构复杂，且电机定子根据线路规划不同而不同，同时电机定子的供电方式不同，会直接影响其牵引控制，所使用具体的定子换步方案如(两步法、三步法、蛙跳法)也与线路轨道的设计相关联。高速磁浮交通系统核心控制系统包含运行控制和牵引控制两大核心控制系统，高速磁浮牵引系统是一个线路排布、供电配置、牵引控制策略强耦合的系统，从设计到运行各部分都是环环相扣不可分割的，包括：

(1)线路的坡度、弯道设计以及加速性能、运行速度等级都会对直线电机的牵引性能提出要求，即线路的坡度、弯道设计以及加速性能、运行速度等级等均与直线电机的牵引性能相关；

(2)整条线路相当于无数个直线电机，各自特性均存在差异，供电分区的长度及各定子段的长度均会影响电机牵引特性，即供电分区的长度及各定子段的长度等均与电机牵引特性相关；

(3)供电方式也与牵引性能相关，供电方式包括单端、双端模式供电，线路单向、双向布线，变压器升压、直供模式切换等等；

(4)控制策略强烈依赖于线路、分区的配置，同一条线路不同分区均可能各异，且还包括多种换步控制方式。

由于运行速度非常快，相较于中低速的磁悬浮列车，高速磁悬浮列车对于各子系统的性能要求更高。在高速磁浮交通列车设计阶段或者投入运行前阶段，均需要对列车各子系统的性能进行模拟测试，以测试是否符合运行要求。针对于磁浮列车的模拟测试，目前通常都是对列车中各子系统独立进行测试，但是高速磁浮列车中各子系统是紧密关联的，各子系统之间在运行过程中会相互产生影响，因而该类独立测试子系统的方式并不能从整体上体现列车的真实性能，并不适用于高速磁浮列车中。虽然现有技术中也有针对磁浮列车整体性能的整车模拟测试，但是通常都是依据所需测试的项目，如振动测试、悬浮控制测试等，特定设计对应测试工况的试验平台，如将高速磁浮列车看作为黑匣子，只给出通过数字仿真处理后给出的电流传感器信号，但是该类方案不仅成本高，需要为不同的测试项目搭建不同的试验平台，试验平台的搭建通常都较为复杂，而且仅能够适用于特定几种工况下的模拟测试，试验结果与列车实际工况会存在差别。

有从业者提出，通过构建高速磁浮半实物仿真平台的方式来实现高速磁浮列车的仿真，即将控制器实物与在计算机上实现的控制对象模型链接，进行仿真测试。但是该类方案通常仍然是独立针对列车中某个子系统的性能模拟，如针对磁浮列车中牵引系统，通过构建牵引控制系统、牵引仿真系统和牵引仿真管理子系统，由牵引控制系统实现对牵引仿真系统中的变流器以及直线电机的控制，并与牵引仿真管理子系统实现数据交互，该类方式就无法实现列车整车性能模拟测试，且采用半实物仿真的方式，所输出的列车特性为虚拟的小功率信号，而实际高磁浮电机具有高功率特性，就无法真实模拟实际高磁浮电机的高功率特性，仿真结果与实际的实物性能会存在差别，就无法真实的反映列车的各项性能，且平台中大量的硬件是采用模拟器而不是实物，还会减少系统设备测试范围，也会增加现场调试风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种现操作简单、成本低、模拟测试效率及精度高、灵活性强的高速磁浮列车模拟测试系统及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高速磁浮列车模拟测试系统，包括：

电路系统模拟模块，用于模拟列车电路系统，包括用于模拟磁浮电机的电机电流的电机模拟单元以及用于模拟列车牵引系统电路的牵引系统电路单元；

电机模拟控制模块，用于模拟电机电气特性产生对所述电机模拟单元的控制信号，以模拟对磁浮电机的控制；

控制系统模拟模块，用于模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统；

所述电路系统模拟模块、电机模拟控制模块以及控制系统模拟模块相互连接，由所述控制系统模拟模块根据测试工况分别发送控制指令给所述电路系统模拟模块以及所述电机模拟控制模块，所述电机模拟控制模块产生所需的控制信号给所述电机模拟单元，所述牵引系统电路单元提供所需的牵引力给所述电机模拟单元，所述电机模拟单元根据接收到的控制信号运行。

进一步的，所述牵引系统电路单元包括依次连接的第一输入变压器、第一变流器输出变压器，所述第一输入变压器的输入端与电网连接，输出端通过所述第一变流器与所述输出变压器连接。

进一步的，所述控制系统模拟模块包括用于模拟列车运行控制的运控子系统、用于控制所述牵引系统电路单元的牵引控制子系统。

进一步的，所述运控子系统包括用于列车运行调度控制的中央运控子系统、用于分区运行控制的分区运控子系统以及用于发送控制命令给线路定子开关站的定子开关站控制子系统中的一种或两种以上，所述分区运控子系统包括运行状态监测单元、运行状态控制单元、运动模式切换单元以及牵引切断单元中一种或两种以上的组合。

进一步的，所述电机模拟单元包括第二输入变压器以及第二变流器，所述第二变流器的整流变换侧通过所述第二输入变压器连接电网，逆变变换侧连接输出端。

进一步的，所述电机模拟控制模块包括用于控制所述第二变流器的整流变换侧的网侧变流器控制子模块，以及用于控制所述第二变流器的逆变变换侧的虚拟电机变流器子模块，所述网侧变流器控制子模块根据所述整流变换侧输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，所述虚拟电机变流器子模块根据所述逆变变换侧输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号。

进一步的，所述网侧变流器控制子模块包括依次连接的第一AD转换单元、电压环控制单元、电流环控制单元以及第一控制脉冲生成单元，所述第一AD转换单元接收所述中间电压信号，经过模数转换后输出给所述电压环控制单元，所述电压环控制单元将转换后的中间电压信号经过电压环控制后产生参考电流，并提供给所述电流环控制单元，所述电流环控制单元分别接入所述参考电流、网侧电流进行电流环控制后，输出控制电压给所述第一控制脉冲生成单元，由所述第一控制脉冲生成单元生成对应的控制脉冲。

进一步的，所述虚拟电机变流器子模块包括依次连接的第二AD转换子单元、虚拟磁浮电机电气模型单元控制电压产生单元以及第二控制脉冲生成单元，所述第二AD转换单元接收所述逆变变换侧输出端的线电压、电流信号进行模数转换，分别发送给所述虚拟磁浮电机电气模型单元、控制电压产生单元，所述虚拟磁浮电机电气模型单元输出模拟的电机电流并作为参考电流输出给所述控制电压产生单元，所述控制电压产生单元按照预设控制算法产生控制电压输出，由所述第二控制脉冲生成单元产生对应的控制脉冲。

进一步的，所述电机模拟单元还加载有车载运控系统模型和/或车辆运动学模型，所述车载运控系统模型用于提供车辆线路曲线模型以及进行车辆定位，所述车辆运动学模型用于进行列车运行及动力学计算。

进一步的，所述电路系统模拟模块中包括两路以上的所述牵引系统电路单元，以实现双端或多路供电。

一种利用上述高速磁浮列车模拟测试装置的测试方法，步骤包括：

S1.根据所需测试工况以及被测列车的参数配置，对所述电机模拟单元进行初始化配置；

S2.所述控制系统模拟模块发送列车初始工况给所述电路系统模拟模块，控制所述电机模拟单元以及牵引系统电路单元按照列车初始工况运行；

S3.所述控制系统模拟模块发出列车运行控制命令，控制列车在所需速度曲线范围内运行，运行过程中由所述牵引系统电路单元提供牵引力给所述电机模拟单元，由所述电机模拟控制模块模拟电机电气特性产生对所述电机模拟单元的控制信号，其中所述电机模拟单元 (11)的参数根据模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息确定，所述模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息根据所述运行控制命令确定得到；

S4.获取列车的实时运行状态信息以及所述电机模拟单元的模拟测试结果，得到模拟测试结果。

进一步的，所述步骤S3中，所述电机模拟控制模块根据所述电机模拟单元中整流变换侧变流器输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，发送给所述整流变换侧变流器，并根据所述电机模拟单元中逆变变换侧变流器输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号，发送给所述逆变变换侧变流器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过电机模拟单元模拟高速磁浮列车电机的电机电流，由电机模拟控制模块按照高速磁浮电机特性控制电机模拟单元，实现高速磁浮列车电机的模拟，同时由牵引系统电路单元模拟列车牵引系统电路，结合控制系统模拟模块来模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统，最终可综合列车各子系统之间的耦合关系精准实现高速磁浮列车整车的模拟测试。

2、本发明仅需使用模拟器完成对磁浮列车整车的模拟，无需搭建高速磁浮试验线路，可以有效降低测试成本，且可以从整个高速磁浮全线路设计出发实现模拟测试，可便于便捷、高效的实现高速磁浮全线路控制方案的模拟测试。

3、本发明高速磁浮列车模拟系统，通过使用虚拟加实物的方式，能够有效的实现列车运行控制和牵引控制相互之间协调测试，相比于传统纯虚拟仿真方式或者半实物仿真方式，能够使得模拟测试结果更贴近于列车实际工况，精准实现对高速磁浮列车整车运行控制的测试。

附图说明

图1是本发明实施例1中高速磁浮列车模拟测试系统的结构示意图。

图2是本发明实施例1中电路系统模拟模块的结构示意图。

图3是本发明实施例1中电机模拟单元的具体结构示意图。

图4是本发明实施例1中电机模拟控制模块2的结构示意图。

图5是本发明实施例1中实现电机模拟的结构原理示意图。

图6是本发明实施例1中高速磁浮列车模拟测试方法的详细流程示意图。

图7是本发明实施例2中高速磁浮列车模拟测试系统的结构示意图。

图例说明：1、电路系统模拟模块；11、电机模拟单元；111、第二输入变压器；112、第二变流器；113、滤波器；12、牵引系统电路单元；121、第一输入变压器；122、第一变流器；123、输出变压器；2、电机模拟控制模块；21、网侧变流器控制子模块；211、第一 AD转换单元；212、电压环控制单元；213、电流环控制单元；214、第一控制脉冲生成单元； 22、虚拟电机变流器子模块；221、第二AD转换子单元；222、虚拟磁浮电机电气模型单元； 223、控制电压产生单元；224、第二控制脉冲生成单元；3、控制系统模拟模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例高速磁浮列车模拟测试系统包括：

电路系统模拟模块1，用于模拟列车电路系统，包括用于模拟磁浮电机的电机电流的电机模拟单元11以及用于模拟列车牵引系统电路的牵引系统电路单元12；

电机模拟控制模块2，用于模拟电机电气特性产生对电机模拟单元11的控制信号，以模拟对磁浮电机的控制；

控制系统模拟模块3，用于模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统；

电路系统模拟模块1、电机模拟控制模块2以及控制系统模拟模块3相互连接，由控制系统模拟模块3根据测试工况分别发送控制指令给电路系统模拟模块1以及电机模拟控制模块2，电机模拟控制模块2产生所需的控制信号给电机模拟单元11，牵引系统电路单元12 提供所需的牵引力给电机模拟单元11，电机模拟单元11根据接收到的控制信号运行。

高速磁悬浮列车中电机是整个高速磁悬浮列车系统中的关键部分，且高速磁浮电机作为是一种特殊的长定子电机，其牵引供电和列车运行控制是结合在一起的。本实施例通过电机模拟单元11模拟高速磁浮列车电机的电机电流，由电机模拟控制模块2按照高速磁浮电机特性控制电机模拟单元11，实现高速磁浮列车电机的模拟，同时由牵引系统电路单元12 模拟列车牵引系统电路，结合控制系统模拟模块3来模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统，最终可综合列车各子系统之间的耦合关系精准实现高速磁浮列车整车的模拟测试。

通过采用本实施例上述系统，由于仅需使用模拟器完成对磁浮列车整车的模拟，无需搭建高速磁浮试验线路，可以有效降低测试成本，且可以从整个高速磁浮全线路设计出发实现模拟测试，可便于便捷、高效的实现高速磁浮全线路控制方案的模拟测试。

如图2所示，本实施例中牵引系统电路单元12包括依次连接的第一输入变压器121、第一变流器122、输出变压器123，第一输入变压器121的输入端与电网连接，输出端通过第一变流器122与输出变压器123连接，还包括输入、输出开关柜等。通过使用线路中重要的实物输入输出变压器和变流器等器件，来模拟牵引系统电路，相比于传统的搭建模型模拟的方式或半实物仿真方式，能够更真实反映现场实物的试验情况，提高模拟测试的精度，从而为设备在现场的运行提供更可靠的试验数据。

本实施例中，控制系统模拟模块3包括用于模拟列车运行控制的运控子系统、用于控制牵引系统电路单元12的牵引控制子系统。运控系统与牵引控制系统是高速磁浮列车中主要的两大核心控制系统，结合该两个控制子系统的模拟，使得模拟出各子系统之间的耦合关联关系，从而测试出高速磁浮列车的各项性能。

本实施例中，运控子系统具体包括用于列车运行调度控制的中央运控子系统、用于分区运行控制的分区运控子系统以及用于发送控制命令给线路定子开关站的定子开关站控制子系统等，即中央运控子系统主要完成调度运行控制，分区运控子系统主要用于实现分区运行控制，定子开关站控制子系统主要用于线路定子开关站的控制命令发送，如进行定子段换步控制、馈线方向控制、长定子直线电机保护等，各系统的配置具体可以根据实际需求配置。

本实施例具体可以配置为实际中央运控子系统的简化部分，实现功能具体可包括：

运行调度：根据预存的运行图确定驾驶参数，发出列车运行所需基本命令，调度列车运行；

操作与显示：在中央运控系统仿真机提供的操作人机界面上接收操作人员的控制指令，并显示整个系统的运行状态。

本实施例中分区运控子系统具体可配置包括运行状态监测单元、运行状态控制单元、运动模式切换单元以及牵引切断单元等，以实现监视和控制运行状态、运行模式切换、牵引切断等功能，进一步还可以配置列车管理等功能，具体可根据实际需求配置。

通过上述系统，能够实现中央运控子系统、分区控制子系统、牵引控制子系统、定子开关站控制子系统两两之间的测试验证。

本实施例中牵引控制子系统具体包括电机控制单元、变流器控制单元、变流器外围控制单元、输入开关柜控制单元、输出开关柜控制单元等，其中由电机控制单元进行牵引电机控制，具体实现电机速度环、位置环、电流环控制；变流器控制单元进行第一变流器122的控制，具体根据列车运行控制系统的指令，对第一变流器122的输出电压和电流的幅值、频率与相位等进行实时控制；变流器外围控制单元则用于负责牵引变流器功率控制、四象限整流控制、制动斩波控制、三电平逆变控制、中间直流充电回路控制、实现主电路故障保护等；输入输出开关柜控制单元用于根据列车运行状态牵引电路单元12 中的输入/输出开关柜的开关状态控制。

由于高磁浮电机的定子是铺设于轨道上的，不适用于需要提供真实电机的传统试验平台(如背靠背试验平台)。如图3所示，本实施例中电机模拟单元11包括第二输入变压器111以及第二变流器112，第二变流器112的整流变换侧通过第二输入变压器111连接电网，逆变变换侧连接输出端，第二变流器112的逆变变换端还连接有滤波器113以对第二变流器112输出的电流信号进行滤波。即进一步电机模拟单元11使用功率变换电路以变流器功率器件为载体，来实现对磁浮长定子直线电机的电流及特性模拟，电机模拟单元11中运行信号反馈给电机模拟控制模块2中，由电机模拟控制模块2再根据运行信号模拟电机电气特性产生控制信号给电机模拟单元11，使得控制电机模拟单元11按高速磁浮电机特性输出对应性能，不仅模拟测试操作简单，且相比于传统模拟测试方法，能够得到高速磁浮电机的实际电流特性，使得模拟测试结果更贴近于真实的高速磁浮列车电机特性，同时对于磁浮列车中包含功率变换单元(变流器)的控制系统能够执行更完整的测试。

在初始配置时，第二变流器112按照所需测试工况对应的初始控制信号执行电流变换，从而产生对应的模拟电机电流，采集后发送给电机模拟控制模块2，由电机模拟控制模块2 再通过模拟电机特性产生对应的控制信号，控制电机模拟模块2按高速磁浮电机特性输出对应性能。由功率变换电路可以方便的模拟出高速磁浮列车电机的电机电流变化，从而可以有效精简模拟测试系统，使得无需搭建复杂的试验平台或是构建复杂的电机模拟模型，即可高效的实现高速磁浮电机在不同工况下特性的模拟。对于线路变化、定子段变化等各类工况变化的情况，只需要简单的调整电机模拟单元11的初始配置，能够满足线路变化、定子段变化等各类工况下高速磁浮列车电机的模拟测试，从而可实现高速磁浮列车全线路模拟测试。

上述电机模拟单元11、牵引电路单元12 中各变流器、变压器等各部件均可以根据实际需求选取所需类型，如变流器可以根据需求采用两电平或三电平变流器，或者多重结构的变流器等以进一步提高模拟性能。

如图4所示，本实施例中电机模拟控制模块2包括用于控制第二变流器112的整流变换侧的网侧变流器控制子模块21，以及用于控制第二变流器112的逆变变换侧的虚拟电机变流器子模块22，网侧变流器控制子模块21根据整流变换侧输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，虚拟电机变流器子模块22根据所述逆变变换侧输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号。即分别由网侧变流器控制子模块21、虚拟电机变流器子模块22分别实现第二变流器112的网侧变流器(整流变流器)、虚拟电机变流器(逆变变流器)的控制，由网侧变流器控制子模块21主要进行电机模拟单元11网侧部分稳压控制，虚拟电机变流器子模块22则基于虚拟电机模型进行电机模拟单元11逆变侧的控制，以通过逆变器模拟实际高速磁浮电机的电机电流波形，使得能够基于虚拟电机特性来产生控制信号控制电机模拟单元11。

如图4、5所示，本实施例中网侧变流器控制子模块21具体为包括电压环控制、电流环控制的双环控制结构，网侧电压/电流信号以及中间电压信号依次经过电压环控制、电流环控制后，产生控制电压。网侧变流器控制子模块21通过采用双环控制结构，能够基于第二变流器112的运行电压电流信号产生精准的控制电压，从而确保对于电机模拟单元11的控制信号产生的精度。

如图4、5所示，本实施例中网侧变流器控制子模块21具体包括依次连接的第一AD转换单元211、电压环控制单元212、电流环控制单元213以及第一控制脉冲生成单元214，第一AD转换单元211接收中间电压信号，经过模数转换后输出给电压环控制单元212，电压环控制单元212将转换后的中间电压信号经过电压环控制后产生参考电流，并提供给电流环控制单元213，电流环控制单元213分别接入参考电流、网侧电压/电流进行电流环控制后，输出控制电压给第一控制脉冲生成单元214，由第一控制脉冲生成单元214生成对应的控制脉冲，该控制脉冲具体可以为PWM脉冲，即由第一控制脉冲生成单元214产生整流PWM 脉冲，以控制第二变流器12的网侧变流器进行整流变换。第一控制脉冲生成单元214具体可采用脉冲发生器等。

本实施例中，网侧变流器控制子模块21还包括与电流环控制单元213连接的AD转换及锁相单元215，用于接入网侧电压\电流信号进行模数转换后进行锁相控制，输出最终的网侧电流提供给电流环控制单元213。通过锁相控制能够进一步提高网侧变流器控制电压产生的精度。

本实施例中，虚拟电机变流器子模块22根据逆变变换侧输出端的线电压，模拟出高速磁浮电机的电机电流，根据模拟出的电机电流以及逆变变换侧输出端的电流信号产生控制电压。如图4、5所示，虚拟电机变流器子模块22包括依次连接的第二AD转换子单元221、虚拟磁浮电机电气模型单元222、控制电压产生单元223以及第二控制脉冲生成单元224，第二AD转换子单元221接收所述逆变变换侧输出端的线电压、电流信号进行模数转换，分别发送给虚拟磁浮电机电气模型单元222、控制电压产生单元223，虚拟磁浮电机电气模型单元222输出模拟的电机电流并作为参考电流输出给所述控制电压产生单元223，控制电压产生单元223按照预设控制算法产生控制电压输出，由第二控制脉冲生成单元224产生对应的控制脉冲。

本实施例中，电机模拟单元11还加载有车载运控系统模型、车辆运动学模型等，车载运控系统模型用于提供车辆线路曲线模型以及进行车辆定位，车辆运动学模型用于进行列车运行及动力学计算。车载运控系统模型用于提供车辆线路曲线模型以及进行车辆定位，车辆运动学模型用于进行列车运行及动力学计算。电机模拟控制模块2中虚拟电机变流器控制子模块22将实时模拟得到的转矩信息发给车辆运动学模型，基于转矩以及车辆运动学模型进行列车运动学分析，再将分析得到的列车转速发送给车辆运控系统模型，可以进一步实现高速磁浮列车运行控制、牵引控制等相关系统的模拟测试。

本发明高速磁浮列车模拟系统，通过使用虚拟加实物的方式，能够有效的实现列车运行控制和牵引控制相互之间协调测试，相比于传统纯虚拟仿真方式或者半实物仿真方式，能够使得模拟测试结果更贴近于列车实际工况，能够实现对高速磁浮列车整车运行控制的测试。且进一步通过虚拟车载运控模型和车辆运行学模型配合中央运控子系统和分区控制子系统，可实现调度运行方案的测试和相关关键技术验证等。

本实施例进一步包括利用上述高速磁浮列车模拟测试装置的测试方法，步骤包括：

S1.根据所需测试工况以及被测列车的参数配置，对电机模拟单元11进行初始化配置；

S2.控制系统模拟模块3发送列车初始工况给电路系统模拟模块1，控制电机模拟单元 11以及牵引系统电路单元12按照列车初始工况运行；

S3.控制系统模拟模块3发出列车运行控制命令，控制模拟列车在所需速度曲线范围内运行，运行过程中由牵引系统电路单元12提供牵引力给电机模拟单元11，由电机模拟控制模块2模拟电机电气特性产生对电机模拟单元11的控制信号，其中所述电机模拟单元11的参数根据模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息确定，模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息根据所述运行控制命令确定得到；

S4.获取模拟列车的实时运行状态信息以及电机模拟单元11的模拟测试结果，得到模拟测试结果。

本实施例步骤S3中，电机模拟控制模块2根据电机模拟单元11中整流变换侧变流器输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，发送给整流变换侧变流器，并根据电机模拟单元11中逆变变换侧变流器输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号，发送给逆变变换侧变流器，如图4、5所示。

如图6所示，本实施例中利用上述测试装置对被测列车进行模拟测试时，首先对电机模拟单元11初始化运行工况、运行线路参数和列车参数配置；然后由分区运控子系统通过通信发送车辆初始工况给电机模拟单元11，牵引控制子系统根据当前状态运行对应的程序；中央运控系统仿真机发出列车运行基本命令，调度列车运行，分区运控系统接收中央运控系统指令，向电机模拟控制模块2中的车辆运控模拟单元发出列车运行命令，车辆运控模拟单元接收调度指令，用于确定模拟列车所在线路具体位置信息及初始配置信息，因电机模拟单元 11的参数与线路具体位置相关，所以模拟列车将根据这些信息确定其电机模拟单元11的具体参数值。同时模拟列车在车辆运动学模型计算过程中会向分区运控系统发送所需列车运行状态。牵引控制系统控制列车在速度曲线范围内运行，完成主从切换、定子段换步；分区运控系统对列车速度和位置进行实时监控；在中央运控上位机界面实时显示列车运行状态，高速磁浮电机模拟器上位机界面实时显示磁浮电机实时信息。

实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1基本相同，不同在于电路系统模拟模块1中包括两路牵引系统电路单元12以实现双端供电，控制系统模拟模块3中牵引控制子系统分别与两路牵引系统电路单元12中开关柜、变流器连接，以控制开关柜以及变流器的状态。通过两路牵引系统电路单元12为电机模拟单元31供电，可以满足高速磁浮列车双端供电模式下的性能模拟测试。

可以理解的是，在其他实施例中牵引系统电路单元12还可以为多路，以模拟多路供电模式等，当然还可以通过简单调整供电模式以实现其他供电模式的模拟测试。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于，包括：

电路系统模拟模块(1)，用于模拟列车电路系统，包括用于模拟磁浮电机的电机电流的电机模拟单元(11)以及用于模拟列车牵引系统电路的牵引系统电路单元(12)；

电机模拟控制模块(2)，用于模拟电机电气特性产生对所述电机模拟单元(11)的控制信号，以模拟对磁浮电机的控制；

控制系统模拟模块(3)，用于模拟磁浮列车运行控制、牵引控制的控制系统；

所述电路系统模拟模块(1)、电机模拟控制模块(2)以及控制系统模拟模块(3)相互连接，由所述控制系统模拟模块(3)根据测试工况分别发送控制指令给所述电路系统模拟模块(1)以及所述电机模拟控制模块(2)，所述电机模拟控制模块(2)产生所需的控制信号给所述电机模拟单元(11)，所述牵引系统电路单元(12)提供所需的牵引力给所述电机模拟单元(11)，所述电机模拟单元(11)根据接收到的控制信号运行；

所述电机模拟单元(11)包括第二输入变压器(111)以及第二变流器(112)，所述第二变流器(112)的整流变换侧通过所述第二输入变压器(111)连接电网，逆变变换侧连接输出端；

所述电机模拟控制模块(2)包括用于控制所述第二变流器(112)的整流变换侧的网侧变流器控制子模块(21)，以及用于控制所述第二变流器(112)的逆变变换侧的虚拟电机变流器子模块(22)，所述网侧变流器控制子模块(21)根据所述整流变换侧输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，所述虚拟电机变流器子模块(22)根据所述逆变变换侧输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号。

2.根据权利要求1所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述牵引系统电路单元(12)包括依次连接的第一输入变压器(121)、第一变流器(122)、输出变压器(123)，所述第一输入变压器(121)的输入端与电网连接，输出端通过所述第一变流器与所述输出变压器连接。

3.根据权利要求1所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述控制系统模拟模块(3)包括用于模拟列车运行控制的运控子系统、用于控制所述牵引系统电路单元(12)的牵引控制子系统。

4.根据权利要求3所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述运控子系统包括用于列车运行调度控制的中央运控子系统、用于分区运行控制的分区运控子系统以及用于发送控制命令给线路定子开关站的定子开关站控制子系统中的一种或两种以上，所述分区运控子系统包括运行状态监测单元、运行状态控制单元、运动模式切换单元以及牵引切断单元中一种或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述网侧变流器控制子模块(21)包括依次连接的第一AD转换单元(211)、电压环控制单元(212)、电流环控制单元(213)以及第一控制脉冲生成单元(214)，所述第一AD转换单元(211)接收所述中间电压信号，经过模数转换后输出给所述电压环控制单元(212)，所述电压环控制单元(212)将转换后的中间电压信号经过电压环控制后产生参考电流，并提供给所述电流环控制单元(213)，所述电流环控制单元(213)分别接入所述参考电流、网侧电流进行电流环控制后，输出控制电压给所述第一控制脉冲生成单元(214)，由所述第一控制脉冲生成单元(214)生成对应的控制脉冲。

6.根据权利要求5所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述虚拟电机变流器子模块(22)包括依次连接的第二AD转换子单元(221)、虚拟磁浮电机电气模型单元(222)、控制电压产生单元(223)以及第二控制脉冲生成单元(224)，所述第二AD转换子单元(221)接收所述逆变变换侧输出端的线电压、电流信号进行模数转换，分别发送给所述虚拟磁浮电机电气模型单元(222)、控制电压产生单元(223)，所述虚拟磁浮电机电气模型单元(222)输出模拟的电机电流并作为参考电流输出给所述控制电压产生单元(223)，所述控制电压产生单元(223)按照预设控制算法产生控制电压输出，由所述第二控制脉冲生成单元(224)产生对应的控制脉冲。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述电机模拟单元(11)还加载有车载运控系统模型和/或车辆运动学模型，所述车载运控系统模型用于提供车辆线路曲线模型以及进行车辆定位，所述车辆运动学模型用于进行列车运行及动力学计算。

8.根据权利要求1～4中任意一项所述的高速磁浮列车模拟测试系统，其特征在于：所述电路系统模拟模块(1)中包括两路以上的所述牵引系统电路单元(12)，以实现双端或多路供电。

9.一种利用权利要求1～8中任意一项所述的高速磁浮列车模拟测试系统的测试方法，其特征在于，步骤包括：

S1.根据所需测试工况以及被测列车的参数配置，对所述电机模拟单元(11)进行初始化配置；

S2.所述控制系统模拟模块(3)发送列车初始工况给所述电路系统模拟模块(1)，控制所述电机模拟单元(11)以及牵引系统电路单元(12)按照列车初始工况运行；

S3.所述控制系统模拟模块(3)发出列车运行控制命令，控制模拟列车在所需速度曲线范围内运行，运行过程中由所述牵引系统电路单元(12)提供牵引力给所述电机模拟单元(11)，由所述电机模拟控制模块(2)模拟电机电气特性产生对所述电机模拟单元(11)的控制信号，其中所述电机模拟单元(11)的参数根据模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息确定，所述模拟列车所在线路的具体位置信息及初始配置信息根据所述运行控制命令确定得到；

S4.获取模拟列车的实时运行状态信息以及所述电机模拟单元(11)的模拟测试结果，得到模拟测试结果。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述电机模拟控制模块(2)根据所述电机模拟单元(11)中整流变换侧变流器输入端的网侧电压/电流信号以及中间电压信号产生控制信号，发送给所述整流变换侧变流器，并根据所述电机模拟单元(11)中逆变变换侧变流器输出端的线电压和电流信号，基于预先构建的虚拟磁浮电机电气模型产生控制信号，发送给所述逆变变换侧变流器。

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