；
[0095]图5是本发明机车半实物仿真系统中实时仿真单元实施例2的结构组成框图；
[0096]图6是本发明机车半实物仿真系统中实时仿真单元实施例3的结构组成框图；
[0097]图7是本发明机车半实物仿真系统中实时仿真单元实施例4的结构组成框图；
[0098]图8是本发明机车半实物仿真系统中实时仿真单元实施例5的结构组成框图；
[0099]图9是本发明机车半实物仿真系统另一种【具体实施方式】的系统结构框图；
[0100]图中:1_机车半实物仿真装置，2-实时仿真单元，3-计算机，4-电气信号转换单元，5-实物控制器，6-功能单元一，7-功能单元二，8-功能单元三，9-功能单元四，20-处理板一，21-处理板二，22-处理板三，23-处理板四，24-高速处理板一，25-高速处理板二，26-高速处理板三，27-高速处理板四，28-模拟输出接口，29-数字I/O接口，210-1/0接口，40-通讯转换单元，41-程控电阻单元，42-第一电压转换单元，43-第二电压转换单元，44-第三电压转换单元，45-第一电压/电流转换单元，46-第二电压/电流转换单元，47-电压放大转换单元，50-整流器仿真单元，51-逆变器仿真单元，52-斩波回路仿真单元，53-交流电机仿真单兀,54-轮轨模型,55-负载模型,60-供电电源仿真单兀,61-变压器仿真单元，62-整流器一仿真单元，63-整流器二仿真单元，64-整流器三仿真单元，65-LC谐振回路仿真单元，66-支撑电容仿真单元，70-逆变器一仿真单元，71-斩波回路一仿真单元，72-逆变器二仿真单元，73-斩波回路二仿真单元，74-交流电机一仿真单元，75-轮轨模型一，76-交流电机二仿真单元，77-轮轨模型二，78-机车负载模型一，80-逆变器三仿真单元，81-斩波回路三仿真单元，82-逆变器四仿真单元，83-斩波回路四仿真单元，84-交流电机三仿真单元，85-轮轨模型三，86-交流电机四仿真单元，87-轮轨模型四，88-机车负载模型二，90-辅助逆变器仿真单元，91-辅变负载模型，92-机车负载模型。
【具体实施方式】
[0101]为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下:
[0102]DQJ:Drive Control Unit,传动控制单元的简称；
[0103]TCU:Tract1n Control Unit,牵引控制单兀的简称；
[0104]PC机:Personal Computer,个人计算机的简称；
[0105]FPGA:Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列的简称；
[0106]Labview !Laboratory Virtual Instrumentat1n Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台的简称；
[0107]CPU:Central Processing Unit,中央处理器的简称；
[0108]1/0:1nput/0utput,输入输出的简称；
[0109]PffM:Pulse Width Modulat1n,脉冲宽度调制的简称；
[0110]IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘極双极型晶体管的简称；
[0111]DA:Digital_Analog,数字-模拟转换的简称；
[0112]AD:Analog - Digital,模拟-数字转换的简称；
[0113]PHS peripheral high speed,外围高速总线的简称；
[0114]MVB !Multifunct1n Vehicle Bus,多功能车辆总线的简称；
[0115]CAN:ControIIer Area Network,控制器局域网络的简称；
[0116]PCI:Personal Computer Interface,外设互联标准的简称，或称为个人电脑接口，是一种连接电子计算机主板和外部设备的总线标准；
[0117]PCIe:PCI Express，简称PC1-E，是计算机总线PCI的一种，它沿用了现有的PCI编程概念及通信标准，但建基于更快的串行通信系统。
[0118]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
[0119]如附图3至附图9所示，给出了本发明机车半实物仿真装置、系统及方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0120]本发明具体实施例构建的机车半实物仿真装置及系统，可以为传动控制单元提供全面的实时信号，不用对实物控制器进行改造就能实现与仿真系统中其余部分的无缝连接和同步运行，同时在不影响仿真实时性的情况下扩大了仿真的规模，使得仿真系统能够适应不同主电路规模的机车。
[0121 ] 本发明具体实施例采用计算机3、实时仿真单元2和电气信号转换单元4组成机车半实物仿真装置1，为实物控制器5提供模拟所有外部信号的电气环境。电气信号转换单元4包括通讯转换单元40，计算机3通过通讯转换单元40向实物控制器5提供标准机车上层控制系统的通讯信号。实时仿真单元2以机车牵引系统主电路为被控对象进行模拟，为实物控制器5提供除通讯信号以外的其它外部电气信号，实现实物控制器5完整的外部信号模拟。电气信号转换单元4针对实物控制器5的输入输出信号特征，为实物控制器5提供真实的外部电气信号。
[0122]如附图3所示，一种机车半实物仿真装置的具体实施例，机车半实物仿真装置I包括:实时仿真单元2、计算机3和电气信号转换单元4，电气信号转换单元4包括通讯转换单元40。计算机3将模拟的上层网络控制系统的控制指令转换为总线通讯协议发送至通讯转换单元40，通讯转换单元40将控制指令发送至外部的实物控制器5，实物控制器5根据上层网络控制系统的控制指令向被控对象模型输出控制信号。控制信号经过电气信号转换单元4进行信号转换后发送至实时仿真单元2，实时仿真单元2根据控制信号计算出被控对象模型状态信号的输出结果，输出结果经电气信号转换单元4进行信号转换后发送至实物控制器5，实物控制器5将被控对象模型状态信号通过通讯转换单元40发回至计算机3，以便于操作人员观察。
[0123]如附图9所示，机车半实物仿真装置的另一种具体实施例，机车半实物仿真装置I包括:实时仿真单元2、计算机3、电气信号转换单元4和通讯转换单元40。计算机3将模拟的上层网络控制系统的控制指令转换为总线通讯协议发送至通讯转换单元40，通讯转换单元40将控制指令发送至外部的实物控制器5，实物控制器5根据上层网络控制系统的控制指令向被控对象模型输出控制信号。控制信号经过电气信号转换单元4进行信号转换后发送至实时仿真单元2，实时仿真单元2根据控制信号计算出被控对象模型状态信号的输出结果，输出结果经电气信号转换单元4进行信号转换后发送至实物控制器5，实物控制器5将被控对象模型状态信号通过通讯转换单元40发回至计算机3。电气信号转换单元4进一步通过CAN总线与计算机3连接。在本实施例中，可以采用具有PCIe或PCI接口的通讯转换单元40与计算机3连接，或采用具有PCIe或PCI接口的通讯转换单元40移植入计算机3的内部，而系统的其他结构不变即可。
[0124]作为本发明一种典型的具体实施例，上述机车半实物仿真装置进一步应用于机车牵引系统半实物仿真。
[0125]实物控制器5为机车牵引系统主电路的控制器(即传动控制单元，DCU)，实时仿真单元2用于模拟被控对象，被控对象为机车牵引系统主电路。通讯转换单元40向实物控制器5提供标准机车上层控制系统的通讯信号。机车上层控制系统(列车网络控制系统)与作为实物控制器5的DCU相连，用于向DCU发出上层控制信号。电气信号转换单元4针对实物控制器5的输入输出信号特征，为实物控制器5提供真实的外部电气信号，使得机车半实物仿真系统I为实物控制器5提供完整的外部信号模拟。
[0126]通讯转换单元40采用MVB通讯转换单元，通讯转换单元40用于进行CAN总线通讯协议与MVB通讯协议之间的相互转换。通讯转换单元40是一个通讯协议转换单元，主要用于CAN总线通讯协议与MVB通讯协议进行相互转换。实物控制器5内有标准的MVB通讯接口，是机车电气系统一种专有的通讯网络接口。
[0127]计算机3进一步包括虚拟司控台模块，虚拟司控台模块用于虚拟图形化的网络控制及显示界面，操作人员可以通过虚拟司控台模块向实物控制器5发送控制指令，接收实物控制器5向上层控制系统反馈的被控对象运行状态信息，并在计算机3上进行显示，计算机3与通讯转换单元40通过CAN总线进行连接。虚拟司控台模块采用Labview编程环境构建一个虚拟的图形化网络控制及显示界面的方式。
[0128]计算机3向实时仿真单元2发送八路数字信号，包括向前、向后、牵引、制动、主断路器合、主断路器分、复位和备用信号，该八路数字信号再通过实时仿真单元2发送至电气信号转换单元4进行电气转换后再输出至实物控制器5。
[0129]电气信号转换单元4主要包括八个部分，分别为:程控电阻单元41、第一电压转换单元42、第二电压转换单元43、第三电压转换单元44、第一电压/电流转换单元45、第二电压/电流转换单元46和电压放大转换单元47 ；
[0130]程控电阻单元41用于模拟电阻负载(PT100温度电阻)变化，接收实物控制器5的恒流源输出，并通过计算机3调节电阻负载，从而调节负载电阻两端的电压，并将负载电阻的反馈电压输出至实物控制器5 ;作为本发明一种典型的具体实施例，程控电阻单元41用于模拟温度电阻负载变化，并接收实物控制器5的5mA恒流源输出；
[0131]第一电压转换单元42(24V/5V转换)用于将实物控制器5的24V逆变器(整流器、辅助变流器，简称辅变)PWM脉冲控制信号转换为5V脉冲信号输入至实时仿真单元2 ;同时将实时仿真单元2输出的5V IGBT单管故障信号转换为24V电平信号输入至实物控制器5中；共可同时进行41路24V转5V，64路5V转24V ；
[0132]第二电压转换单元43(110V/5V转换)用于将实物控制器5的I1V数字控制信号转换为5V脉冲信号输入至实时仿真单元2 ;同时将实时仿真单元2输出的5V数字状态信号转换为IlOV数字信号输入至实物控制器5中；共可同时进行24路IlOV转5V，40路5V转 IlOV ；
[0133]第三电压转换单元44(15V/5V转换)用于将实时仿真单元2输出的5V速度脉冲信号转换为15V脉冲信号输入至实物控制器5中；可同时进行4对速度信号，共8路5V转15V ；
[0134]第一电压/电流转换单元45(U/I转换I)用于将实时仿真单元2输出的-1OV?1V模拟电压信号转换为-600mA?600mA模拟电流信号输入至实物控制器5中；包括3路四象限输入电流信号转换、4路中间电流信号转换、8路电机电流信号转换和4路斩波电流转换；
[0135]第二电压/电流转换单元46(U/I转换2)用于将实时仿真单元2输出的-1OV?1V模拟电压信号转换为-200mA?200mA模拟电流信号输入至实物控制器5中；包括3路辅变电流转换、2路原边电流信号转换、4路辅变电压信号转换、4路中间电压信号转换和4路半中间电压信号转换；
[0136]电压放大转换单元47用于将实时仿真单元2输出的-1OV?1V电网电压同步信号转换为-30V?30V模拟电压信号输入至实物控制器5中。
[0137]实时仿真单元2包括若干个功能单元，功能单元包括处理板、高速处理板和I/O接口 210，处理板、高速处理板均用于进行实时仿真计算。高速处理板能够提供相对于处理板更高的计算速度，可将运算速率提高至0.0lus。处理板通过I/O接口 210 (I/O板)读入电气信号转换单元4输出的来自于实物控制器5的控制信号，以及高速处理板的输出信号，根据仿真模型计算得到处理板的输出信号，并将输出信号通过I/O接口 210经电气信号转换单元4传送至实物控制器5。高速处理板通过I/O接口 210读入电气信号转换单元4输出的来自于实物控制器5的控制信号，以及处理板的输出信号，根据仿真模型计算得到高速处理板的输出信号，并将输出信号通过I/O接口 210经电气信号转换单元4传送至实物控制器5，进行硬件在回路闭环验证。处理板进一步采用CPU板，高速处理板进一步采用FPGA。
[0138]作为本发明一种典型的具体实施例，实时仿真单元2由4块CPU板、4块FPGA板、I块模拟输出板和I块数字I/