电机模拟器仿真优化的方法及应用与流程
本发明属于电力电子技术领域中功率仿真的技术领域，尤其涉及一种电机模拟器仿真优化的方法及应用。
背景技术：
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括四大类型混合动力电动汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、其他新能源汽车等。
在新能源汽车车载系统中，电机模拟器通过将电机的数学方程建立在嵌入式控制器中，控制功率电路与电机的外特性一致，以此模拟电机行为与功能，是新能源汽车等电机测试领域中一种强有力的仿真工具。
本案发明人发现，现有技术的仿真测试方法具有以下缺陷：
1.如图1，所示为传统测试模型，其结构复杂，成本较高；
2.如图2所示，“v2i”电机模拟器测试模式，电机模拟器采样三相电压，然后根据建立在嵌入式控制器的电机模型计算得出三相电流，由电流控制器控制电感电流与电机特性一致，以此模拟电机的行为与功能。电机模拟器包括直流电源、逆变器及其耦合的中间电感组成，由于其是采样三相电压计算耦合电感的电流，因此电机模拟器中存在电流控制器保证耦合电感电流与实际电机电流一致。而被测的电机控制器为了控制电机，同样会存在电流内环控制。电机模拟器与被测电机控制器皆有的电流控制环均控制耦合电感电流，因此在控制上会存在带宽冲突的潜在风险，导致整体测试失败。
3.若是采集所耦合电感的电流，会导致电机数学模型中存在微分项(di/dt)的离散化，进而会导致高频噪声放大的问题，导致电机数学模型中存在与电流有关的微分项不稳定的情况出现，致使测试精度降低或是测试失败。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种电机模拟器仿真优化的方法，解决现有技术的方法测试精度较低的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
一方面提供一种电机模拟器仿真优化的方法，驱动器的测试，电机模拟器包括逆变器、为所述逆变器提供动力的电源，所述逆变器与驱动器电连接，并耦合有第一电感，且所述逆变器与控制器通讯连接，所述方法包括：
s101:所述第一电感串联有第二电感，且第二电感的精度高于所述第一电感的精度；
s102:确定第二变化率，所述第二变化率通过采集第二电感的电压所确定并发送至控制器；
s103:确定第一变化率，所述第一变化率通过仿真电机模拟器只耦合第一电感时采集其电流值所确定；
s104:所述第一变化率和第二变化率通过滤波处理确定第三变化率并通过控制器进行输出。
另一方面提供一种新能源汽车测试的应用方法，包括是的电机模拟器对驱动器的测试，所述电机模拟器包括逆变器、为所述逆变器提供动力的电源，所述逆变器与驱动器电连接，并耦合有第一电感，且所述逆变器与控制器通讯连接，其特征在于，应用如以上部分或全部所述的方法。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
电机模拟器，通过将电机的数学方程建立在嵌入式控制器中，控制功率电路与电机的外特性一致，以此模拟电机行为与功能，是新能源汽车等电机测试领域中一种强有力的仿真工具。由于建立在嵌入式控制器的电机数学方程，采集所耦合电感的电流，存在微分运算致使离散的嵌入式控制系统中会引入噪声放大，造成系统不稳定的问题，通过s102的方法采集耦合电感电压值，以电压与第二电感电感值的求导等效替代采集第一电感的电流变化率，避免微分运算的噪声放大，解决微分项离散化的问题，其次，通过在耦合的第一电感中串联高精度第二电感，提高测试的精度，采集第二电感的v/l精度高于采集第一电感v/l的精度，减小第一电感参数不准确、摄动的影响，可通过数学方程中的虚拟补偿，减小第二电感中的内阻对仿真精度的影响，最后通过滤波处理输出高精度的测试数据，对延时和微分离散化做处理，综合性的提高测试的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统模式(a)与电机模拟器(b)的测试示意图；
图2为现有技术中的“v2i”电机模拟器测试模式示意图；
图3为本发明的电机模拟器仿真优化的方法的流程图；
图4为本发明的电机模拟器仿真优化的方法电路测试示意图；
图5为本发明的电机模拟器仿真优化的方法处理pwm信号的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图3和图4所示的电机模拟器仿真优化的方法，驱动器的测试，电机模拟器完成对待测驱动器的测试，电机模拟器包括逆变器、为逆变器提供动力的电源，逆变器与驱动器电连接，并耦合有第一电感，且逆变器与控制器通讯连接，方法包括：
s101:第一电感串联有第二电感，且第二电感的精度高于第一电感的精度。第一电感上述所述，为电机模拟器中自带的电感，串联有第二电感的目的是通关采集其电压，以替代传统方式通过直接采集电流，通过采集电压的方式替代采集电流的方式，使电流微分项的获得无需通过离散化的计算，提高测试的精度。
具体的，例如，第一电感的精度级为5％，第二电感的精度级为1％，其作用是：基于中间耦合电感电压的采样，避免存在由于制造工艺或温漂等因素影响造成的电感参数不准确的现象而影响采样精度。需要指出的是：现有方法中因存在微分项的关系，导致高频噪声放大及其造成的系统不稳定的风险。如，采集电流计算的通用公式为，
s102:确定第二变化率，第二变化率通过采集第二电感的电压所确定并发送至控制器。对第二电感电压的采样是高精度采样，避免内部潜在的影响因素，例如，电感参数不准确，电感内阻的影响，电感饱和的影响以及电感电压采样的pwm(脉冲宽度调制)扰动的影响等。
本申请的核心思路：通过对第二电感电压和电感值的采集，并作商以作为第二变化率。通过使用第二变化率来替代传统方法对电流变化率(di/dt)的计算，避免在测试驱动器(如，待测逆变器)时，因电流微分项离散化的存在，使得测试结果精度较低的情况出现，并且通过在耦合的第一电感中串联高精度第二电感，提高测试的精度，采集第二电感的v/l精度高于采集第一电感v/l的精度，减小第一电感参数不准确、摄动的影响，可通过数学方程中的虚拟补偿，减小第二电感中的内阻对仿真精度的影响；
s103:确定第一变化率，第一变化率通过仿真电机模拟器只耦合第一电感时采集其电流值所确定，如，仿真电机模拟器采集第一电感的电流值并作微分运算确定，第一变化率存在高频噪声放大的问题；
s104:第一变化率和第二变化率通过滤波处理确定第三变化率并通过控制器进行输出。
第一变化率为采样电流并微分运算得到的di/dt，其特点是噪声大，但动态性好；第二变化率为第二电感电压v与其自感值的比值或求导，以替代di/dt并等效计算得到，其特点是高频噪声小且精度高，但有一定延迟，综合性考虑，通过融合滤波的方法将使用第一变化率和第二变化率分别计算后的值进行融合滤波，得到一个新的值，即为滤波结果值，作为最终值。
对第二电感电压值采集所确定的第二变化率和对第一变化率，通过融合滤波处理，弥补第一变化率微分噪声放大和第二变化率周期平均的延时的综合影响，因此，输出更加精确的测试结果。
电机模拟器，也即功率硬件在环仿真，通过将电机的数学方程建立在嵌入式控制器中，控制功率电路与电机的外特性一致，以此模拟电机行为与功能，是新能源汽车等电机测试领域中一种强有力的仿真工具。由于建立在嵌入式控制器的电机数学方程，存在微分运算，在离散的嵌入式控制系统中会引入噪声放大，造成系统不稳定的问题，通过在耦合的第一电感中串联第二电感，解决微分离散化的问题，并且通过滤波处理输出高精度的测试数据，对延时和微分离散化做处理。
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，s101中的方法包括：第一电感串联有多个型号不同的第二电感，且每个第二电感的亨利精度高于第一电感的亨利精度。
第二电感的数量本案不做具体限定，需要强调的是，第一电感为普通精度级的电感，使用多个第二电感，每个第二电感的精度要高于第一电感，避免电感参数不准确、电感内阻的影响和电感饱和的影响以及电感电压采样的脉冲宽度调制等扰动的影响，同时控制成本。第二电感具体的数量，结合被测驱动器的型号确定第二电感的具体数量。
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，s102中的方法包括：
获取第二电感的电压值及电感值确定电压变化率，以电压变化率替代电机模拟器只耦合第一电感时的第一变化率，且满足：
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，s102中的方法包括：由于电感是非理想的，其内部存在电感内阻，内阻的存在会影响电机数学方程计算的精度。基于此，提出在电机模型计算中加入虚拟电阻补偿的方式，具体的，例如：
采用参数标定法处理第二电感，确定第二电感与电流的变化关系，并输入至控制器中。线圈有铁芯，一般铁芯都是铁磁质，而铁磁质的磁导率μ不是常数，是变化的，在电感的工作时电流越大，线圈的磁通密度越高，μ就越小，电感值就越小。电感的电感值是与电流大小发生变化，因此，采用参数标定法，例如，labview软件进行参数标定法处理，获取第二电感与电流的非线性和线性变化关系，在测试时，利用标定的结果进行查表计算，对电流精确性的校验，且能够与获取的电感值相匹配；
测试时，获取每个第二电感当前的电感值，并根据所对应的变化关系确定第一电流值，根据上述确定并输入控制器的非线性和线性变化关系，获取一个第二电感的电感值，能够输出一个精确的第一电流值；
获取每个第二电感的等效内电阻值，根据等效内电阻值及其第一电流值确定每个第二电感当前虚拟补偿后的电压，且满足：
虚拟补偿第二电感后的第二变化率替代电机模拟器只耦合第一电感时的第一变化率。
进一步的，上述的多个方法中虚拟补偿方法为：
获取每个所述第二电感的等效内电阻值、电机转子角频率和电感值；
判断等效内电阻值与
该方法提供一种高精度的计算测试方法，电感是非理想的，其内部存在电感内阻，避免内阻存在而影响方程计算的精度，适用于高精度的测试实验中。
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，如第一电感串联多个不同型号、高精度的第二电感时，取其平均值，以降低误差的影响，如，获取每个第二电感虚拟补偿后的电压值，并通过加权平均算法计算拟补偿后电压值的平均变化率，平均变化率输入控制器中。
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，如图5所示，第二电感脉冲宽度调制的形式，s104的方法包括：由于电感电压为pwm形式，存在pwm扰动，可以采取周期平均采样的方式抑制电感电压采样pwm周期扰动，例如，获取第二电感在一个周期的占空比和获取第二电感在一个周期电压波峰和/或波谷的最大值，例如，一个脉冲周期为150微秒，0-50微秒其电压值为0，50-100微秒电压值为a(高电平)，100-150微秒电压值为0，则占空比为0.33，那这个周期的周期平均电压为0.33a。根据周期平均法确定第二电感的电压值，以避免pwm扰动影响测试的精度。
作为本申请提供实施例中的部分实施方式，s104的方法包括：第一变化率和第二变化率通过卡尔曼滤波方式处理确定第三变化率。第二变化率避免了微分运算的噪声放大，精度较高，但在其计算过程中由于周期平均的存在，具有一定的延时，其可能会影响测试精度，而第一变化率虽然存在噪声放大的影响，但其动态性好，没有延迟，因此，需要融合滤波处理，进一步的，去调整测试输出的结果，例如，通过卡尔曼滤波方式处理，卡尔曼滤波是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。
获取第二电感的电压变化率和电机模拟器只耦合第一电感时计算出的电流变化率，输入至融合滤波器里处理，将延时的问题和干扰的问题进行精度计算，尽可能的输出精度高的测试数据或结果。
另一方面提供一种新能源汽车测试的应用方法，包括使用电机模拟器对驱动器的测试，电机模拟器包括逆变器、为逆变器提供动力的电源，逆变器与驱动器电连接，并耦合有第一电感，且逆变器与控制器通讯连接，应用如以上部分或全部的方法。
以上对本发明所提供的方法及其产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！