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1、半实物 实时仿真系统 一、系统结构 二、系统功能 1） 快速控制原型（ Rapid Control Prototyping） 仿真机 模拟 实际的 控制 系统 ，通过 仿真机的 IO卡 、信号调理设备与实物 相连，实现控制系统原理 样机的快速开发 、控制策略的 快速验证、比较 不同控制策略的优劣，优化控制参数 。 2） 硬件 在 回路 测试 （ Hardware In Loop） 仿真 机 中 运行对象 模型 ，通过仿真 机的 IO卡、信号调理 设备实现对象 模型 与控制 系统 实物联合运行，达到 测试 控制 系统 实物的 目的 。 三、开发 流程 MATLAB/Simulink建立 对象数学
2、模型 进行 离线仿真 第一步 四、开发 步骤 保留需要下载 到实时仿真系统 中 的 模块 用硬件接口关系代替原来的逻辑连接关系 对 IO进行 配置 第二步 第三步 将模型划分为不同的子系统 在每个子系统中指定需要实时显示或保存数据的变量 利用 RTW自动生成 C代码 代码 编译 并 下载 第四步 子模型并行计算 数据实时显示和保存 模型在线修改参数 第五步 五、硬件 体系 1. 仿真计算服务器 4U加固 上柜机 箱 Intel Xeon处理器 ， 主频 3.4GHz 4 GB内存 512GB SD硬盘 FPGA仿真和控制卡 2. AD模拟量采集卡 16通道并行采集， 16位采集精度 每通道 1
3、MHz采样率 输入范围： -10V+10V 3. DA模拟量输出卡 16通道并行采集， 16位采集精度 每通道 1MHz刷新率 输出范围： -10V+10V 4. DI/PWM数字量采集卡 32通道并行采集 每通道 10MHz采样率 输入范围： 430V 5. DO/PWM数字量输出卡 16通道并行采集 每通道 10MHz刷新率 输出范围： 430V 六、软件 体系 建模： MATLAB/Simulink 代码生成： RTW RTOS： QNX/ RT-Linux 编译器： GCC 仿真过程监控和 管理软件 IO板卡驱动库 带 补偿机制的 电力系统模型库 高 可靠性 的实时操作系统 QNX 高
4、性能的微内核设计 可裁剪的运行组件 优化的 GCC编译器 综合 的网络工具 硬件 平台选择的 多样性 仿真 平台与运行平台的一致性 仿真过程 监控和管理软件 特点： 操作简便、界面友好 支持 子模型单独 进行编译、代码生成和下载 在线修改模型参数和变量实时显示 变量数据实时 保存 支持时间、事件和条件触发数据保存 支持多尺度实时仿真 七、带补偿机制的电力系统模型库 脉冲事件处理 模型库 电力 驱动设备模型库 脉冲 事件 处理 模型库 。 在实时仿真过程中对 脉冲事件进行插值补偿，降低误差，保证在处理 电力电子系统 中由 PWM 脉宽信号控制的功率 电路部分的建模精度和控制精度。 带时标的 PW
5、M信号产生原理 实时仿真 过程 中通过对 脉冲事件 进行补偿，提高了仿真精度 PWM信号被 FPGA卡 捕获 获取时标信息 时标信息送给逆变器模型用于模型计算 带时标的 PWM信号捕获原理 电力 驱动设备模型库。 针对 SimPowerSystems自带的各种变流 器件 模型 和电机模型不能 对带有时间戳的PWM控制信号 进行 补偿，电力驱动设备模型库就是专门的与 脉冲事件 处理模型库配合 使用的 电力系统模块 集。它包括： 2电平变流桥、 3电平 变流 桥模型， 永磁同步电机模型，电机旋转编码器等各种 器件的 模型。这些模型与 SimPowerSystems完全 兼容。 带补偿机制的电力驱动
6、设备模型列表 模型名称 模型参数1 R T E 信号发生器（ R T E E v e n t s G e n e r a t o r ） 参数：事件数、 Ts2 R T E 示波器（ R T E S c o p e ） 参数：事件数、 Ts3 积分器（ R T E I n t e g r a t o r ） 参数：事件数、 Ts4 比较器（ R T E R e l a t i o n a l o p e r a t o r ） 参数：事件数、 Ts5 延迟器（ R T E D e l a y ） 参数：事件数、 Ts 、延迟输出时间6 保持器（ R T E L a t c h ） 参数：事件数
7、、 Ts 、保持输出时间7 逻辑操作（ R T E L o g i c a l O p e r a t o r ） 参数：事件数、 Ts8 求和（ R T E S u m ） 参数：事件数、 Ts9 数据转换（ R T E C o n v e r s i s o n ） 参数：事件数、 Ts10 R T E 开关（ R T E S w i t c h ） 参数：事件数、 Ts11 周期测量（ R T E F r e q u e n c y M e t e r ） 参数：事件数、 Ts12 频率测量（ R T E P e r i o d M e t e r ） 参数：事件数、 Ts普通模块带 R
8、 T E 模块一、脉冲事件处理模型库13 P W M 发生器普通模块带 R T E 模块普通模块带 R T E 模块普通模块带 R T E 模块普通模块带 R T E 模块单相 / 三相普通模块单相 / 三相 R T E 模块单相 / 三相普通模块单相 / 三相 R T E 模块20 鼠笼式异步电机 静止坐标系下模型21 绕线式异步电机 静止坐标系下模型22 永磁同步电机 静止坐标系下模型23 双馈电机 静止坐标系下模型24 分布式电缆（ D i s t r i b u t e d P a r a m e t e r s L i n e ） 理想模型25 S t u b l i n e 理想模
9、型26 MMC 理想模型15S V P W M 发生器（ S V P W M 模块有多种方式，这里给出常用的 3 种： 6 段式， 7 段式 1 、 7 段式 2 ）16 3 - 2 变换器14 S P W M 发生器19 三电平桥17 旋转变换器二、电力驱动设备模型库18 两电平桥八、总结 1）支持 Matlab/Simulink建模 2）支持 4、 6、 8、 12、 16个 CPU核并行计算 3）实时仿真步长 10 50us 4）仿真模型自动解耦，自动分配到不同 CPU核上并行计算 5）一键完成整个模型的代码生成、编译、下载、分配节点 6）支持子模型单独进行编译、下载、分配节点 7）在线
10、修改模型参数和变量实时 显示 8）变量 数据实时保存、支持时间预触发和条件触发 保存 9） 支持多尺度实时仿真 10）提供开源的模型库。 模型库 中全部 模型可以提供 源代码，方便用户 了解实时 模型的构建方法和内部运行机制，用户可重用这些模型构建自己专有的 模型库 11） 可以 根据 用户需求 提供 专业 的模型开发和咨询服务 AES Ships AEA Aircrafts/Spacecrafts Train Traction Systems New Energy Vehicles 九、典型应用 Multilevel converters Electrical drive Matrix co
11、nverter Hybrid drive Pe rm a n e n tm a g n e t m o t o rDC - DC co n ve r te r1 0 kH z D C -D C co n v e rt e rs8 0 kW2 4 0 -3 8 0 V2600uF5200uF2 4 0 - .4 0 0 VBa t t e ry ci rcu i t F u e l ce l l ci rcu i tCP U 1 : ( T s = 1 0 u s )CP U 2 : ( T s = 2 0 u s )NSPW M i n v e rt e rF P U F P UF P U D
12、i g i ta l O UTDi g i ta l I Ni 5 5 0 m H v f u e l _ c e l l m o t o r i m o t o rV u v wd u t y cycl eM o to r co n tr o l l e rHigh power conversion Dio d e r e c t if ie r s9 - le v e l GT Ob r id g e in v e r t e rR- L l o a dSM3 0 0 0 V L -L+ 3 0 d e g r e e+ 1 5 d e g r e e0 d e g r e e- 1 5
13、d e g r e eP h a s e A t r a n s f o r m e r( 6 w in d in g s )P h a se B t r a n sfo r m e r s- r e cti fi e rP h a se C t r a n sfo r m e r s-r e cti fi e r s5 4 m F5 4 m F5 4 m F5 4 m FP h a se A o f L o a d9 -l e v e l G T Ob ri d g ei n v e rt e rp h a se B9 -l e v e l G T Ob ri d g ei n v e rt e rp h a se CCP U 1 : 8 0 u s CP U 2 : 4 0 u si n te r n a ln e u tr a l p o i n t9 2 0 V3 0 0 0 V9 2 0 V9 2 0 V9 2 0 VNet wo r kSTATCOM HVDC link Windfarms SVC 感谢您的指导和支持 ！
