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电机控制器功率级HIL 测试解决方案


  来源: 测控网 时间:2018-12-11 编辑:思杨
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电机控制系统广泛应用于航空航天、轨道、兵器、船舶、工业自动化等领域,随着电机控制系统交流化、数字化、集成化的发展趋势,利用半实物仿真提高系统的开发效率越来越受到重视。在针对伺服控制器成品的测试验证阶段,HIL 半实物仿真可以根据测试对象、测试方法的不同,分为信号级、功率级和机械级三种形式。

 

 

电机控制系统半实物仿真简介
        信号级HIL:测试系统利用基于FPGA 的高速实时仿真技术来模拟逆变器、电动机、机械负载。测试对象为伺服控制器。信号级HIL 已经在国内各行业得到广泛应用,具有造价低、组建灵活等特点。但是,由于控制器成品往往将控制器与驱动器做成一体,信号级HIL 必须由待测控制器提供电流反馈接口,否则无法完成电流闭环,同时,信号级HIL 也无法实现对逆变器(驱动放大部分电路)的测试,所以其测试对象覆盖面窄,可在单独测试电机控制器控制逻辑时选用信号级HIL。
        机械级HIL:利用仿真设备通过电机拖动台架子系统与待测电机及控制器进行机械连接,实现对机械负载的模拟。测试对象为包括控制器、驱动器、电机、传动的完整伺服控制系统。该方法是针对伺服系统的完整测试方法,也常常作为出厂检测的手段,但是也有造价高、周期长、占地大等局限,并且难以模拟多自由度负载。在测试整套电机传动系统对负载的响应特性时可选用机械级HIL。
        功率级HIL:测试系统利用FPGA 高速实时仿真技术、变频器对拖技术模拟电动机和机械负载。测试对象为控制器和驱动器。该方法可以实现针对控制系统更全面测试,但由于其技术难度很高,长期被国外厂商垄断,价格居高不下。功率级HIL 不需要待测控制器成品提供电流反馈接口,可通过调节参数改变电机负载大小,在测试电机控制器逻辑及驱动器在真实电流条件下的性能时可选用功率级HIL。

● 功率级HIL 的优点:

◆  不需对控制器成品进行接口改造即可测试控制器成品的控制算法+ 驱动器

◆  可测试控制器成品的全部传感器在高频大电流环境下的性能

◆  一个功率级 HIL 平台可覆盖多种电机控制器的测试,通过修改模型参数即可实现对不同电机、负载的模

◆  不存在机械级 HIL 的安全隐患,也可模拟多自由度负载

◆  不存在机械级 HIL 中的同轴度问题

◆  占地面积小,实施周期短

◆  可实现故障注入

 

润科通用功率级HIL:PowerHIL

● 基本原理及组成
        PowerHIL 主要由HiGale 实时仿真子系统和电机电力模拟子系统两部分组成。HiGale 实时仿真子系统负责电机模型与电流复合控制模型的实时解算;电机电力模拟负载子系统通过变流技术实现对三相负载电流的模拟。电机功率级HIL 原理如下图:

 

 

电机电力模拟子系统又包括创新型主电路、对拖电抗器、信号采集单元、电流传感器、电压传感器。应用脉冲分配技术、多桥臂并联技术、复合控制技术实现高带宽、高精度的三相电流控制,从而实现对电机电气特性的高动态模拟。
        除HiGale 实时仿真子系统和电机电力模拟子系统外,PowerHIL 包括信号适配单元和断线测试单元。信号适配单元用于理线,对接控制器成品接口;断线测试单元用于实时仿真机输出信号测量和断线测试。其机柜布局如下图:

 

 

下图为国产某小功率控制器功率级HIL 的效果图和实验监控界面,效果图中,黑色曲线代表电机转速,红、绿、蓝色曲线分别代表U、V、W 相电流。

 

 

● 主要特点:

 ◆   基于 FPGA的 100ns级电机 +逆变器高速动态仿真

◆   可以实现针对控制器 +驱动器的电机控制器成品的整体测试

关键词:电机 工业自动化 测试    浏览量:5060

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