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南瑞集团-新能源电动汽车电驱动系统硬件在环测试

项目背景

新能源电动车汽车作为新一代的交通工具,在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心,也是区别于内燃机汽车的的最大不同点。但是汽车电驱系统由于功率相对较高,像一些高转速、大负载、故障工况等环境不便于在实际的硬件上实现,为了能方便高效地测试电驱系统的调速控制装置,用户希望用实时仿真器来代替实际电机。


技术实现

电机驱动系统是一个典型的电力电子系统,包含电机、逆变电路两个部分,对实时化仿真步长的要求非常高。StarSim小步长仿真技术,能够以1μs的步长稳定仿真整个电驱动系统;同时还支持用户在熟悉的建模环境中,自定义搭建模型并快速下载验证。该平台能够帮助用户快速地进行不同功率电机额定、极限工况运行时的控制情况。


项目成果展示


  • 离线仿真

用户先采用离线仿真软件进行控制算法验证

  


30kW电机给定转速 1000rpm->3000rpm->5000rpm


 


120KW电机给定转速500rpm->1000rpm->2000rpm

  • 实时仿真

下图为给最终客户搭建的实时仿真系统,左边机箱为电机驱动系统的实时仿真器,左侧为待测的电机控制板,控制器与实时仿真器通过接线构成信号闭环,电机以及电驱动系统仿真运行在FPGA板卡上,并通过旋变信号的方式进行位置信号的输出。附图为30kw电机、120kw电机在控制器实际运行起来后,对应控制效果的示波器截图。


3000rpm 180Nm信号波形(30KW电机模型)

1000rpm 2400Nm信号波(120KW电机模型)


  • 工况验证测试:

正常工况工作信号验证

 电机旋变信号验证

 高速工作中转矩转速控制测试

30kW电机 测试表格


在下列工况下进行硬件在环仿真测试,能够显示运行过程中的交流电压、定子电流(包括3相电流和id,iq)、转矩和转速波形。


转速

转矩

SVPWM开关频率

10K

20K

30K

500rpm

100Nm

1000rpm

50Nm

2000rpm

25Nm

3000rpm

18Nm

4500rpm

空转

 

转速

转矩

SVPWM开关频率

10K

20K

30K

3000rpm

180Nm

5000rpm

100Nm

7000rpm

70Nm



120kW电机 测试表格

将仿真电机模型重新配置,参见表2,对以下项目进行硬件在环仿真验收。


转速

转矩

SVPWM开关频率

10K

20K

30K

1000rpm

2400Nm

2000rpm

1200Nm

3500rpm

680Nm

结论:

使用StarSim + PXI的MCU硬件在环测试系统,很好的解决了不同种类电机,高转速危险工况下MCU控制器的测试问题,并且和离线仿真,以及实物系统拟合度很高。工程师利用该系统只用3个工作日就完成了系统的搭建、算法的验证、整个系统的测试工作,极大的节省了时间和精力。


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