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电力驱动系统逆变器实时仿真


相电压为:

uan=uao-uno,ubn=ubo-uno,ucn=uco-uno。

式中,uno=(1/3)(uao+ubo+uco)为电机三相绕组中点n与直流电流中点o之间的电压。

正半桥a,b,c相开关器件电流为:

is1=ia×Sfap,is3=ib×SFbp,is5=ic×SFcp

负半桥a,b,c相开关器件电流为:

is4=ia×SFan,is6=ib×SFbn,is2=ic×SFcn

三相电流为:

ia=is1+is4,ib=is3+is6,i

c=is5+is2

另外开关电流为:

is1=is1_s-is1_D,iS4=is4_D-is4_s

直流电流为:

iDC=is1+is3+is5

其中,is1_s,is1_D,is4_s,is4_D分别为a相正、负半桥开关管和续流二极管电流。据此,可建立逆变器的Simulink框图模型。图2(a)~(d)分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图。

2 实时仿真系统实现

著名的机电控制系统开发平台较是基于MATLAB/Simulink/Real-Time Workshop[4~5]开发的dSPACE实时系统。本文的相关课题选用单板dSPACE系统DS1103。

图3 宿主计算机/目标计算机结构

DS1103采用32位精简指令集处理器PowerPC 604e进行浮点运算。精简指令集处理器采用小指令集、多寄存器结构,指令执行简单快速;统一用单周期指令,克服了复杂指令集处理器周期指令有长有短,造成运行中偶发不确定性,致使运行失常的弊端。

DS1103板插入PC机主板的ISA扩展槽中,由PC机提供电源,所有的实时计算都是由DS1103独立执行,而dSAPCE的试验工具软件则并行运行于PC主机上。宿主计算机/目标计算机结构如图3所示。

Real-Time Interface(RTI)是dSPACE系统的实时实现软件,它对实时代码生成软件Real-Time Workshop进行扩展,集成了dSPACE系统I/O硬件实时模型,可实现从Simulink模型到dSPACE系统实时C代码的自动生成同,生成的实时代码包括实时内核和应用代码[6]。RTI还根据信号和参数产生一个变量文件,可以用dSPACE的试验工具软件ControlDesk进行访问[7]。

在功能强大的实时代码实现软件RTI与界面友好的试验软件ControlDesk支持下,可以很快地实现电力驱动系统快速控制原型与硬件在回路仿真测试。图4是采上述的逆变器模型与dSPACE系统I/O硬件模型组建的逆变器-交流电机系统Simulink框图。图中下部是逆变器-异步电机系统模型,作为实时任务T1,模型具有实际控制器的硬件接口,可输入6路实际的PWM开关信号,输出电流、电压等模拟信号;上部是PWM控制器模型,作为实时任务T2,模型由DSP控制器F240硬件产生实时PWM信号。T1与T2以异步采样模式工作,构成两定时器任务系统。为减少采样控制器输出引发的可变延时造成抖动的影响,设置T1的采样速率远高于T2的采样速率。

3 实时仿真结果

系统仿真是针对某电动汽车电力驱动系统的,其中逆变器参数为:PWM开关频率fPWM=1kHz,开关死区时间=7μs;直流电源与滤波参数为:电池开路电压Ebo=288V,电源内阻Rb=0.03Ω,滤波电容C=10000μF;异步电机参数为:132V,182A,50Hz,45

《电力驱动系统逆变器实时仿真(第2页)》
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