电力驱动系统中逆变器的实时仿真

1个逆变器Simulink模型

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两级三相电压源逆变器由6个开关管和6个续流二极管组成，反向并联于开关管，如图1所示. 六个PWM开关逻辑信号a +，b +，c +;实际控制器定义的a，b，c-用于定义逆变器a，b和c的三相正半桥开关功能:

Sfap = 1·×a +，SFbp = 1×b +，SFcp = 1×c +

负半桥切换功能:

SFan = 1×a-，SFbn = 1×b-，SFcn = 1×c-.

全桥切换功能是:

SFa = Sfap-SFan，SFb = SFbp-SFbn，SFc = SFcp-SFcn.

逆变器输出端子a，b，c与直流电流中点o之间的电压为: uao = 0.5VDC×Sfab，ubo = 0.5VDC×SFb，uco = 0.5VDC×SFc，

其中，VDC是直流回路电压. 这样获得的线电压为:

uab = uao-ubo，ubc = ubo-uco，uca = uco-uao

相电压为:

uan = uao-uno，ubn = ubo-uno，ucn = uco-uno.

在公式中，uno =（1/3）（uao + ubo + uco）是电动机三相绕组的中点n与直流电流的中点o之间的电压.

正半桥a，b和c相开关设备的电流为:

is1 = ia×Sfap，is3 = ib×SFbp，is5 = ic×SFcp

负半桥a，b和c相开关设备的电流为:

is4 = ia×SFan，is6 = ib×SFbn，is2 = ic×SFcn

三相电流为:

ia = is1 + is4，ib = is3 + is6，ic = is5 + is2

另一个开关电流是:

is1 = is1_s-is1_D，iS4 = is4_D-is4_s

直流电流为:

iDC = is1 + is3 + is5

其中，is1_s，is1_D，is4_s，is4_D是相位正负半桥开关管和续流二极管电流. 据此，可以建立逆变器的Simulink框图模型. 图2（a）〜（d）分别是逆变器模型顶层和底层的Simulink框图.

2实时仿真系统的实现

著名的机电控制系统开发平台是基于MATLAB / Simulink / Real-Time Workshop [4〜5]开发的dSPACE实时系统. 本文的相关主题选择了单板dSPACE系统DS1103.

图3主机/目标计算机的结构

DS1103使用32位精简指令集处理器PowerPC 604e进行浮点运算. 精简指令集处理器使用小的指令集和多个寄存器结构，指令执行简单，快速. 统一的单周期指令用于克服指令集处理器的复杂性. 缺点.

DS1103板插入PC主板的ISA扩展槽中，并且PC供电. DS1103独立执行所有实时计算，并且dSAPCE测试工具软件在PC主机上并行运行. 主机/目标计算机的结构如图3所示.

实时接口（RTI）是dSPACE系统的实时实现软件. 它扩展了实时代码生成软件Real-Time Workshop，并集成了dSPACE系统的I / O硬件实时模型，可以将Simulink模型实现到dSPACE系统. 实时C代码的自动生成是相同的，并且所生成的实时代码包括实时内核和应用程序代码[6]. RTI还基于信号和参数生成一个变量文件，可以使用dSPACE [7]的测试工具软件ControlDesk进行访问.

借助功能强大的实时代码实施软件RTI和友好的界面测试软件ControlDesk，您可以快速实施电驱动系统的快速控制原型和硬件回路仿真测试. 图4是采用上述逆变器模型和dSPACE系统I / O硬件模型构建的逆变器-交流电机系统Simulink的框图. 图的下部是逆变器-异步电动机系统模型. 作为实时任务T1，该模型具有实际控制器的硬件接口，该控制器可以输入6个实际PWM开关信号并输出​​电流和电压等模拟信号. 作为实时任务T2，该模型通过DSP控制器F240硬件生成实时PWM信号. T1和T2在异步采样模式下工作，形成一个两定时器任务系统. 为了减少采样控制器的输出引起的可变延迟的影响逆变器仿真，将T1的采样率设置为远高于T2的采样率.

3个实时仿真结果

该系统仿真是针对电动汽车的电力驱动系统，其中的逆变器参数为: PWM开关频率fPWM = 1kHz，开关死区时间=7μs；直流电源及滤波参数为: 电池开路电压Ebo = 288V，电源内阻Rb =0.03Ω逆变器仿真，滤波电容C =10000μF；异步电动机参数: 132V，182A，50Hz，45kW，2900rpm;负载扭矩= 50Nm;交流电源参数: 相电压幅值= 100V，频率= 50Hz. 实时仿真采用欧拉数值积分法（ODE1），T1采样周期=11μs，T2采样周期= PWM周期= 1ms.

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