专利名称：电机驱动系统的实时仿真装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制器测试中电机驱动系统的仿真技术，更具体地说是涉及一种电机驱动系统的实时仿真装置。
背景技术：
电机驱动系统的控制器的工作原理是采集电机系统的电流、转速以及转子位置等信息，然后经过控制算法运算后发出控制脉冲，通过脉冲电平的高低控制电机驱动系统里的电力电子器件的开通与关断来实现控制目标。因此，为了确保控制器的功能，无论在研发以及量产的阶段都需要对控制器做详尽的测试。传统的测试方式是将待测控制器直接通过实物进行测试，但这种方法不仅容易损坏电力电子器件以及电机等实物，而且在大功率 的场合测试比较危险。因此，现在还有一种测试方法是通过实时仿真器来验证待测控制器的功能，实时仿真器主要是在一个实时的硬件平台上利用数学模型来模拟电机驱动系统行为的装置，实时仿真器通过I/o接口与待测控制器实现交互，利用实时仿真器测试的方式具有安全、测试自动化等优点。实时仿真器的关键是要能够及时准确地处理发生在电机驱动系统仿真装置采样点即状态更新点之间的控制脉冲电平跳变，目前的实时仿真方案采用FPGA以纯硬件的方式实现电机驱动系统的模型运算，通过小步长来尽可能地及时处理采样点间的电平跳变，但FPGA是一个定点运算的平台，定点计算不易控制精度，也不易实现复杂的数学函数，导致其不便于支持复杂的电机模型，有很大的局限性。
实用新型内容针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种电机驱动系统的实时
仿真装置。为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案一种电机驱动系统的实时仿真装置，包括PC机以及PXI主机，所述PXI主机与所述PC机通过网线相连，所述PXI主机还与待测控制器实现双向通信。PC机主要用于人机交互，例如设置系统参数、下载模型等。PXI主机为实时仿真器，不仅可以通过高速采集时钟去捕获待测控制器发出的脉冲电平跳变事件以及其它的一些I/o接口功能，而且还具有易于编程、计算能力强，支持复杂电机模型且仿真精度高等特点。作为进一步改进的方案，所述PXI主机包括FPGA板卡以及PXI实时计算机，所述FPGA板卡通过PXI总线与所述PXI实时计算机相连；所述FPGA板卡的I/O接口与待测控制器相连，所述PXI实时计算机与所述PC机相连。FPGA板卡通过I/O接口与待测控制器进行数据交换，通过FPGA的高速采集时钟去捕获控制脉冲的电平跳变事件以及其它的一些I/O接口功能，并记录待测控制器发出脉冲电平跳变时刻等信息，FPGA通过它的高速采集时钟来监视控制器的脉冲信号，记录下脉冲信号在PXI实时计算机的两个状态更新点之间是否有高低电平的跳变，记录下跳变的次数以及每次跳变的时刻和跳变后信号电平，并将这些信息通过PXI总线传递给PXI实时计算机，有了这些信息后，PXI实时计算机就无需以非常小的步长来确保自己能及时地处理电平跳变事件，只需要利用脉冲跳变的时刻来将一个较大的仿真步长切割成几个小的步长，并根据跳变后的电平来决定电机系统的数学模型，就可以使得仿真计算时的电机驱动系统模型始终都对应着正确的物理拓扑，从而实现对电机驱动系统的准确仿真。PXI实时计算机通过几个小步完成一个固定大步的状态更新后，它会将PXI主机里最新的状态量，如电流、转速以及电机转子位置等通过PXI总线传递给FPGA板卡。FPGA板卡通过I/O接口将最新的状态量，如电流、转速、转子位置等信息传递给待测控制器，从而完成一次完整的闭环仿真测试循环。总之，PXI实时计算机负责本实用新型的实时仿真装置的模型运算，它利用FPGA板卡记录的脉冲跳变时刻来分割仿真步长从而实现对脉冲跳变事件的准确处理。PXI主机充分结合了 FPGA的高速信号处理能力与PXI实时计算机中的处理器浮点计算精度高、函数丰富的优势，具有计算精度高、支持复杂电机模型等特点。
图I是本实用新型的实施例的原理示意图；图2是图I中的FPGA板卡捕获待测控制器的脉冲电平跳变事件以及PXI实时计算机分割仿真步长的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。请参阅图I所示的一种电机驱动系统的实时仿真装置，包括PC机11以及PXI主机12，PXI主机12与PC机11通过网线相连，PXI主机12还与待测控制器20实现双向通信。PXI主机12包括FPGA板卡121以及PXI实时计算机122，FPGA板卡121通过PXI总线123与PXI实时计算机122相连，FPGA板卡的I/O接口与待测控制器20相连，PXI实时计算机122与PC机11相连。需要说明的是，PXI实时计算机122虽然支持精度高的浮点运算和复杂的数学函数，但是其处理器平台一般只能实现较大步长的仿真，单独的PXI实时计算机122不符合电机驱动系统实时仿真的需要，其只有与FPGA板卡配合使用，才符合各种复杂电机模型电机驱动系统实时仿真的需要。再请参阅图2所示,其中坐标系21表示FPGA板卡中的高速数据采集时钟,坐标系22表示待测控制器的脉冲电平跳变事件，坐标系23表示PXI实时计算机分割的仿真步长。工作时，PXI实时计算机122以一个固定的步长Ts来更新系统的状态，假设以PXI实时计算机122的固定步长Ts来采集待测控制器的脉冲信号，那么在时刻h就只知道脉冲信号是高电平，而没有状态更新点之间的脉冲跳变信息，它就会误认为脉冲信号从时刻h到时刻h一直都保持着高电平，这样会导致错误的仿真结果。而通过FPGA板卡121的高速数据采集时钟监视待测控制器20发出的脉冲信号，这样可以记录脉冲信号在PXI实时计算机两个状态更新点h、h之间是否有高低电平的跳变，并记录跳变的次数以及每次跳变的时刻和跳变后信号电平，FPGA板卡121再将这些信息通过PXI总线123传递给PXI实时计算机122，从图2中可以看出时刻h至时刻h的一个固定步长Ts中，脉冲信号在时刻tn有一次由高电平到低电平的跳变，在时刻t12有一次由低电平到高电平的跳变，这样PXI实时计算机122会利用脉冲跳变的信息将固定步长Ts切割成几个小的步长Tn、T12, T13,并根据这三小步各自对应的脉冲电平(高、低、高)来决定每个小步长对应的电机系统模型，保证仿真计算时的电机驱动系统模型始终都对应着正确的物理拓扑。PXI实时计算机通过上述几个小步完成一个固定大步的状态更新后，将电机驱动系统模型里最新的状态量如电流、转速、电机转子位置等通过PXI总线传递给FPGA板卡，FPGA板卡通过I/O接口再将上述的状态量信息传递给待测控制器，从而完成一次完整的闭环仿真测试循环。同理可知，在时刻h到时刻t2的一个固定步长Ts中，脉冲信号在时刻t21时有一次由高电平到低电平的跳变，这样PXI实时计算机122会利用脉冲跳变的信息将固定步长Ts切割成二个小的步长T21、T22，并根据这两小步对应的脉冲电平来决定对应的电机系统模型，保证仿真计算时的电机驱动系统模型能够对应着正确的物理拓扑。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本 实用新型的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范围内。
权利要求1.一种电机驱动系统的实时仿真装置，其特征在于 包括PC机以及PXI主机，所述PXI主机与所述PC机通过网线相连，所述PXI主机还与待测控制器实现双向通信。
2.根据权利要求I所述的实时仿真装置，其特征在于 所述PXI主机包括FPGA板卡以及PXI实时计算机，所述FPGA板卡通过PXI总线与所述PXI实时计算机相连；所述FPGA板卡的I/O接口与待测控制器相连；所述PXI实时计算机与所述PC机相连。
专利摘要本实用新型公开了一种电机驱动系统的实时仿真装置，包括PC机以及PXI主机，所述PXI主机与所述PC机通过网线相连，所述PXI主机还与待测控制器实现双向通信。PC机主要用于人机交互，例如设置系统参数、下载模型等。PXI主机为仿真器，不仅可以通过高速采集时钟去捕获待测控制器发出的脉冲电平跳变事件以及其它的一些I/O接口功能，而且还具有易于编程、计算能力强，支持复杂电机模型且仿真精度高等特点。
文档编号G05B17/02GK202583725SQ20122009397
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者汪新星, 刘旭 申请人:上海远宽能源科技有限公司