电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法与流程

本发明涉及电力测试技术领域，尤其涉及一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法。

背景技术：

随着新能源行业的迅速发展，电源测试对高性能电子负载的需求日益扩大。市场上电子负载产品层数不穷，而绝大多数的电子负载仅具有cc(定电流)，cv(定电压)，cr(定阻抗)，cp(定功率)等基本功能。对于一些复杂的电源测试领域，例如电动汽车发动机工作电流的模拟则无法提供有效的解决方案。直流电机工作电流变化的非线性决定了电子负载无法用一般的cr(定阻抗)模式进行有效模拟，这就对能模拟直流电机等效阻抗的电子负载提出了需求。如何对直流电机的等效阻抗进行建模，并根据电源的输出电压实时计算电子负载的拉载电流，就成为了一个关键的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法，基于差分方程的数字算法，由arm进行人机交互并由dsp进行控制信号的实时计算，使得电子负载能够真实模拟直流电机的v-i特性。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法，包括以下步骤：

1)用户通过人机交互界面设置电阻r、电感l；

2)设置arm与dsp的串口波特率为115200baud/s，停止位为1，数据位为8，奇偶校验为无，流控制为无，建立主从cpu的串口通信连接；

3)arm以scpi协议格式经由串口将参数发送给dsp，dsp打开串口中断接收设置参数，由scpi指令解析模块解析后转化为浮点数，在单次采样周期内(1us)，由数字模拟转换器dac数据生成模块完成公式计算，捕捉实时电压信号v(n)，作为系统的输入信号；

4)由差分方程计算得到输出信号i(n)；

5)将i(n)通过补偿模块转换为实际控制信号的电平值，然后以数字模拟转换器dac数据生成模块为基准转换为整数；

6)由数字模拟转换器dac数据生成模块生成循环控制逻辑，将步骤5)得到的电平信号值写入spi输出控制模块；

7)spi输出控制模块模拟芯片adr5541时序逻辑，将最终控制信号输出到芯片管脚。

步骤4)中，输出信号i(n)的计算公式为：其中(2l-rt)、(2l+rt)两项为定值，只需在写入l、r及t时计算一次即可，此后无需重复计算。

作为优选，所述arm为am3352基础性arm处理器，所述dsp为sm320c6727b-ep增强型浮点数字信号处理器。

本发明的有益效果是：该电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法基于arm和dsp实现模拟直流电机拉载电流的控制原理，可以通过arm在精度约束范围内设置参数并由dsp精确地计算每一个采样点的控制信号进而进行dac输出以实现电流拉载，使得电子负载能够真实模拟直流电机的v-i特性。

附图说明：

图1为直流电机的等效阻抗示意图；

图2为本发明的控制信号流图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种电子负载模拟直流电机等效阻抗的计算方法，工作原理如下：

1.系统数学模型的建立

通常直流电机的等效阻抗如图1所示，首先令二端阻抗两端电压为v(t)，电流为i(t)，根据kvl定理及电荷传递规律可得如下微分方程：

由拉普拉斯得其复频域的表达式：

(ls+r)i(s)＝v(s)(2-2)

2.由系统函数求解差分方程

根据(2-2)式，系统的转移导纳函数可写作：

采用双线性变换时，从s域函数到z域函数的转换关系为：

式中t为对模拟信号进行等间隔采样的采样时间间隔，指标为1us，代入(2-1)式并整理得：

又对(3-3)式两边进行逆z变换得：

其信号流图如图2所示，为减少除法运算的次数，整理上式：

式中(2l-rt)、(2l+rt)两项为定值，只需在写入l、r及t时计算一次即可，此后无需重复计算。

3.arm+dsp实现人机交互以及控制电流的计算和输出

本发明采用ti公司的am3352基础性arm处理器与sm320c6727b-ep增强型浮点数字信号处理器(dsp)。arm作为主cpu负责人机交互、设置参数的传递。dsp作为从cpu完成设置参数的解析、公式的计算和逻辑控制，最终数据传递到dac控制芯片adr5541管脚。dsp部分包括三个模块：用户参数解析模块，dac数据生成模块，spi输出控制模块。

3.1用户参数解析模块：

arm搭载linux操作系统，运行基于qt编写的人机交互应用程序，完成等效电路参数设置(r、l)。主从cpu之间采用串口通信，arm以scpi协议格式发送字符串将等效电路的参数发送给从dsp，dsp接收并解析命令，完成参数设定，具体协议格式如下：

电阻r的设置命令：circuit:resistance<value>

电感l的设置命令：circuit:inductance<value>

3.2dac数据生成模块：

dac数据生成包括2次加法，3次乘法，1次除法的处理逻辑，数据补偿逻辑，以及循环生成spi输出控制模块所需要的控制和数据信号逻辑。

3.3spi输出控制模块：

本模块将产生满足adr5541芯片时序的控制逻辑，实现da转换功能的芯片adr5541最高支持25mhz的输入时钟，输出16位精度数据，且满足spi标准的数据传输逻辑。频响要求为1mhz，即1us发送一次数据，而完成16位spi数据耗时40ns*16＝640ns，所以时间上绰绰有余。在单位采样时间1us内(50个时钟)需要生成一次新的数据，其中有关乘除部分的逻辑需要做好时序约束，防止数据竞争的产生。

以上就是基于arm+dsp实现模拟直流电机拉载电流的控制原理，可以通过arm在精度约束范围内设置参数并由dsp精确地计算每一个采样点的控制信号进而进行dac输出以实现电流拉载。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。