专利名称：一种硬件在回路中的开关事件补偿方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半实物仿真技术领域，特别涉及一种硬件在回路中的开关事件补偿方 法及装置。
背景技术：
半实物仿真是指在仿真系统中接入部分实物，是所有仿真中置信度最高的一种仿 真方法。半实物仿真技术分为两种，一种是控制器是实物，被控对象是虚拟的，这种也称为 硬件在回路；另一种控制器是虚拟的，被控对象是实物，这种也称为快速控制原型。硬件在回路利用实物控制器控制虚拟的被控对象，主要用于对实物控制器的设计 与测试。在电力电子系统的设计过程中利用这种半实物仿真不但有利于设计综合性能较优 的控制器，而且可以有效地减少费时费力的试验研究，从而节约开发成本，缩短开发周期。例如，对控制逆变器的控制器进行半实物仿真，其中，控制器采用实物，而逆变器 作为虚拟的被控对象。控制器发出的触发脉冲控制逆变器中的开关管的开关状态，即控制 开关管导通还是关断。
半实物仿真中的仿真器采用实时仿真，实时仿真具有严格的时间边界，必须采用 定步长仿真模式，即采样周期是一个定值。而控制器的触发脉冲的周期不是一个定值，所以 实时仿真器的采样周期不可能与控制器的触发脉冲同步。参见图1，该图为仿真器采样周期 与控制器的触发脉冲异步的示意图。实时仿真器的采样周期是定值，因此采样时刻为固定间隔，即图中虚线所示的 t(n-l)、t(n)、t(n+l)时刻，而控制器的触发脉冲的跳变(即对应开关管状态变化)的时 刻发生在t(k)时刻，即在实时仿真器两次固定采样点的之间时刻，从而造成了开关延迟现 象，如图1所示，控制器的触发脉冲由低到高的跳变t(k)时刻发生的开关事件直至t (η)时 刻才能被仿真器采集到。另一种情况，可能会发生漏采集，即脉冲丢失现象。如图2所示， 控制器的触发脉冲的高电平的结束时刻发生在t (η)时刻之前，这样在采样时刻t (η)时，触 发脉冲已经为低电平，仿真器无法采集到该触发脉冲。现有技术中，硬件在回路中没有考虑以上所述的采样周期与控制器的触发脉冲不 同步的问题，将造成开关延迟现象或者脉冲丢失现象。这些现象将导致仿真结果的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硬件在回路中的开关事件补偿方法及装置， 能够解决开关延迟现象和脉冲丢失现象，提高仿真结果的准确性。本发明提供一种硬件在回路中的开关事件补偿方法，包括分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触发脉冲在仿真器的采样周 期内的占空比；将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器输出的三相相 电压。
优选地，获取所述占空比具体为设置与所述采样周期对应的采样频率；
接收控制器的触发脉冲；计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。优选地，将所述三相相电压两两之间相减获得三相线电压。本发明还提供一种硬件在回路中的开关事件补偿装置，包括占空比获取单元，用于分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触发脉 冲在仿真器的采样周期内的占空比；乘法单元，将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器输出 的三相相电压。优选地，所述占空比获取单元包括采样频率设置子单元、接收子单元和计算子单元；所述采样频率设置子单元，用于设置与所述采样周期对应的采样频率；所述接收子单元，用于接收控制器的触发脉冲；计算子单元，用于计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。优选地，还包括减法单元，用于乘法单元输出的三相相电压两两之间相减获得三 相线电压。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提供的硬件在回路的开关事件补偿方法及装置，将控制器的触发脉冲转换 成实时仿真器的采样周期内的占空比，由于控制器的触发脉冲控制逆变器中的开关管的开 关状态，当触发脉冲为高电平时开关管导通，当开关管导通时，逆变器的中间电路电压将被输 出，逆变器中上开关管的导通时间即是中间电路电压被输出的时间，因此可以利用上开关管 对应的触发脉冲的高电平占采样周期的占空比来补偿开关延迟和脉冲丢失的现象。本发明利 用电压在一个采样周期内的平均值相等原则，利用占空比来补偿仿真中的开关事件。
图1是现有技术中仿真器采样周期与控制器的触发脉冲异步的示意图；图2是现有技术中仿真器采样周期与控制器的触发脉冲异步的另一示意图；图3是本发明提供的二点式三相电压源型逆变器示意图；图4是本发明基于平均值相等的开关事件补偿方法示意图；图5是本发明提供的方法实施例一流程图；图6是本发明提供的获取占空比的流程图；图7是本发明提供的硬件在回路中的开关时间补偿装置结构图；图8是本发明提供的占空比获取单元的结构图；图9是本发明提供的基于开关事件补偿的逆变器的示意图；图10是本发明提供的基于开关事件补偿的逆变器的simulink框图。
具体实施例方式为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明，下面介绍本发明提供的技术的应用环境。 参见图3，该图为本发明提供的二点式三相电压源型逆变器示意图。逆变器的功能是将输入的直流电逆变为交流电，例如为三相异步电机进行供电。该逆变器的输入电压是直流电压VDC，输出电压是三相交流的相电压。从图3中可以看出，该逆变器有三个桥臂，每个桥臂上有两个开关管，如图中第一 个桥臂的上开关管是Si，下开关管是S4。第二个桥臂的上开关管是S3，下开关管是S6。第 三个桥臂的上开关管是S5，下开关管是S2。每个开关管有一个反向并联的续流二极管，分别为01、04、03、06、05和02。控制器的触发脉冲用来控制这六个开关管，可以理解的是，六个开关管对应六个 触发脉冲。分别定义六个触发脉冲对应的逻辑信号为a+，b+，c+ ；a", b_，c ；当逻辑信号为1时 开关管导通，当逻辑信号为0时开关管关断。如果不考虑死区效应，则同一个桥臂的上开关 管和下开关管的触发脉冲的逻辑信号(如a+与a_)为互补，即当a+为0时，a_为1。因此，逆变器输出端a点、b点和c点输出的电压直接决定于相应桥臂的上开关管 的状态。当上开关管导通时，该桥臂输出的相电压是Vdc ；当上开关管关断时，该桥臂输出的 相电压是0。以A相为例，ua。= a+XVDC，Vdc为中间电路电压。本发明提供的补偿方法就是基于逆变器输出的相电压与桥臂上开关管之间的关 系，将控制上开关管的触发脉冲转换成仿真器采样周期内的占空比，利用在一个周期内平 均值相等的原则来对仿真进行补偿。为了使本发明的技术方案更容易理解，下面结合
本发明提供的技术基于 的原理。参见图4，该图为本发明基于平均值相等的开关事件补偿方法示意图。在的采样周期Ts里，出现图中阴影1所示的控制器的触发脉冲，仿真器将在 、时刻获得仿真步长中的触发脉冲的占空比，按照平均值相等的原则，仿真器在、时 刻输出等效的平均值，如图中阴影1'所示。同理，阴影2所示的控制器的触发脉冲，按照等 效的平均值如图中的阴影2'所示。该方法原理简单，而且实现方便，特别需要指出的是，该方法在一个仿真步长内能 够处理“多重开关”事件而不会引起额外的开关延迟。“多重开关”是指在一个仿真步长内 的不同时刻会出现多次开关动作，如图4中控制器的触发脉冲在、到t2时刻的一个仿真步 长内出现了两次开关动作，即电平由低跳变成高，又由高跳变成低，或者由高跳变成低，又 由低跳变成高，称之为“多重开关”。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。参见图5，该图为本发明提供的方法实施例一流程图。本实施例提供的在硬件在回路中的开关事件补偿方法，包括S501 分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触发脉冲在仿真器的采 样周期内的占空比；以 A+_dutycycle，B+_dutycycle，C+_dutycycle 分别表示逆变器的 A、B 和 C 三相的 上开关管的触发脉冲在采样周期内的占空比。
S502:将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器输出的三 相相电压。因此，根据以上补偿方法，对逆变器模型进行开关事件补偿。获得逆变器模型每一 个桥臂的上开关管的触发脉冲在采样周期内的占空比，按照一个采样周期内的平均值相等 的原则进行等效，则下一个采样周期逆变器的输出电压为Vdc乘以该占空比，由此得到逆变 器输出的A、B和C三相相电压为uao = A+_dutycyc 1 e X Vdc, Ubo = B+_dutycyc 1 e X VDC, Uco = C+_dutycyc 1 e X Vdc其中，ua。、ub0和u。。分别表示A、B和C三相相电压。本发明提供的硬件在回路的开关事件补偿方法，将控制器的触发脉冲转换成仿真 器的采样周期内的占空比，由于控制器的触发脉冲控制逆变器中的开关管的开关状态，当 触发脉冲为高电平时，开关管导通，逆变器的中间电路电压将被输出，逆变器中上开关管的 导通时间即是中间电路电压被输出的时间，因此可以利用上开关管对应的触发脉冲的高电 平占采样周期的占空比来补偿开关延迟和脉冲丢失的现象。本发明利用电压在一个采样周 期内的平均值相等原则，利用占空比来补偿仿真中的开关事件。下面介绍如何获取触发脉冲在采样周期内的占空比。
参见图6，该图为本发明提供的获取占空比的流程图。本实施例中获取所述占空比具体为S601 设置仿真器的采样频率；该采样频率的倒数为所述采样周期。S602 接收控制器的触发脉冲；S603 计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。可以理解的是，三相相电压两两之间相减可以获得三相线电压。应用本发明提供的补偿方法，对地铁主电路进行半实物仿真，通过改变负载，将速 度分别稳定在低速圆形磁链区、高速十八边形及弱磁区，观测不同速度段的电机输出情况， 通过仿真结果与实物系统相比较，该仿真结果与实物系统的试验结果一致，因此，证明了本 发明提供的补偿方法提高了仿真的准确性。基于上述硬件在回路的开关事件补偿方法，本发明还提供了硬件在回路的开关事 件补偿装置，下面结合具体实施例来详细说明其组成部分。参见图7，该图为本发明提供的硬件在回路中的开关时间补偿装置结构图。本实施例提供的硬件在回路中的开关事件补偿装置，包括占空比获取单元1001，用于分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触 发脉冲在仿真器的采样周期内的占空比；以 A+_dutycycle，B+_dutycycle，C+_dutycycle 分别表示逆变器的 A、B 和 C 三相的 上开关管的触发脉冲在采样周期内的占空比。乘法单元1002，将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器 输出的三相相电压。因此，根据以上补偿方法，对逆变器模型进行开关事件补偿。获得逆变器模型每一 个桥臂的上开关管的触发脉冲在采样周期内的占空比，按照一个采样周期内的平均值相等 的原则进行等效，则下一个采样周期逆变器的输出电压为Vdc乘以该占空比，由此得到逆变 器输出的A、B和C三相相电压为
uao = A+_dutycyc 1 e X Vdc, Ubo = B+_dutycyc 1 e X VDC, Uco = C+_dutycyc 1 e X Vdc其中，ua。、Ubo和u。。分别表示A、B和C三相相电压。 本发明提供的硬件在回路的开关事件补偿装置，将控制器的触发脉冲转换成仿真 器的采样周期内的占空比。由于控制器的触发脉冲控制逆变器中的开关管的开关状态，当 触发脉冲为高电平时开关管导通，当逆变器上开关管导通时，逆变器的中间电路电压将被 输出，逆变器中上开关管的导通时间即是中间电路电压被输出的时间，因此可以利用上开 关管对应的触发脉冲的高电平占采样周期的占空比来补偿开关延迟和脉冲丢失的现象。本 发明利用电压在一个采样周期内的平均值相等原则，利用占空比来补偿仿真中的开关事 件。下面介绍如何获得占空比，参见图8，该图为本发明提供的占空比获取单元的结构 图。所述占空比获取单元包括采样频率设置子单元1001a、接收子单元IOOlb和计算 子单元IOOlc ；所述采样频率设置子单元1001a，用于设置与所述采样周期对应的采样频率；所述接收子单元1001b，用于接收控制器的触发脉冲；计算子单元1001c，用于计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。需要说明的是，占空比获取单元可以由dSPACE实时仿真器的DS5001数字波形记 录仪来实现。本发明实施例提供的装置还包括减法单元，用于乘法单元输出的三相相电压两两 之间相减获得三相线电压。参见图9，该图为本发明提供的基于开关事件补偿的逆变器的示意图。在逆变器仿真时，输入信号是VDC和三个占空比，输出信号是三相相电压ua。、ub。、 Uco禾口三相线电压Uab> Ubc> UcaO参见图10，该图为本发明提供的基于开关事件补偿的逆变器的simulink框图。从图中可以看出，由三个占空比和Vdc可以很方便地获得三相相电压和三相线电压。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，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。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的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，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种硬件在回路中的开关事件补偿方法，其特征在于，包括分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触发脉冲在仿真器的采样周期内 的占空比；将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器输出的三相相电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述占空比具体为 设置与所述采样周期对应的采样频率；接收控制器的触发脉冲；计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述三相相电压两两之间相减获得三 相线电压。
4.一种硬件在回路中的开关事件补偿装置，其特征在于，包括占空比获取单元，用于分别获取逆变器三个桥臂上开关管对应的控制器的触发脉冲在 仿真器的采样周期内的占空比；乘法单元，将获得的三个占空比分别乘以逆变器的中间电路电压作为逆变器输出的三 相相电压。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述占空比获取单元包括 采样频率设置子单元、接收子单元和计算子单元；所述采样频率设置子单元，用于设置与所述采样周期对应的采样频率；所述接收子单元，用于接收控制器的触发脉冲；计算子单元，用于计算所述触发脉冲在所述采样周期内的占空比。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括减法单元，用于乘法单元输出的三 相相电压两两之间相减获得三相线电压。
全文摘要
本发明提供的硬件在回路的开关事件补偿方法及装置，将控制器的触发脉冲转换成实时仿真器的采样周期内的占空比，由于控制器的触发脉冲控制逆变器中的开关管的开关状态，当触发脉冲为高电平时开关管导通，当开关管导通时，逆变器的中间电路电压将被输出，逆变器中上开关管的导通时间即是中间电路电压被输出的时间，因此可以利用上开关管对应的触发脉冲的高电平占采样周期的占空比来补偿开关延迟和脉冲丢失的现象。本发明利用电压在一个采样周期内的平均值相等原则，利用占空比来补偿仿真中的开关事件。
文档编号H02M7/48GK102097965SQ20111003734
公开日2011年6月15日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日
发明者丁荣军, 何海兴, 应婷, 张宇, 王坚, 许为 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司