知识贴高速磁悬浮列车的硬件在环实时仿真平

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常导电磁吸引型磁悬浮列车采用长定子直线同步电机进行驱动，由于磁悬浮列车运行环境构建复杂、成本高，实际建设高速磁悬浮试验线存在诸多困难。为了在实验室中开展高速磁悬浮交通牵引控制策略的相关研究，搭建硬件在环实时仿真平台是非常必要的。而基于RT-LAB仿真机的硬件在环实时仿真平台，包括背靠背型三电平变流器、长定子直线同步电机和牵引控制系统，可以验证高速磁悬浮列车牵引控制系统的性能、牵引控制策略以及系统接口等，对于掌握高速磁悬浮交通的核心技术具有重要价值。磁悬浮列车克服了车辆与轨道的接触和磨损，使轨道列车的速度得到了巨大提升，填补了高铁与飞机两类交通工具之间的速度空白。同时，磁悬浮列车还具有能耗低、运量大、适合远距离高速运输等优点。掌握磁悬浮列车的核心技术有利于国家开展新一轮的轨道交通布局，提高我国的轨道交通运输能力。磁悬浮列车的运行环境构建复杂、费用高，因此在牵引控制系统的研发初期，为了验证控制系统的可靠性以及控制策略的有效性，就需要搭建硬件在环（Hardware-In-the-Loop,HIL）实时仿真平台。在磁悬浮列车的HIL实时仿真系统中，实时仿真器用数学模型模拟实现变流器及直线电机，实际控制器对实时仿真器加以控制，两者进行数据交互，实现了系统多参数、多运行条件的测试，并具有灵活性好、体积小、周期短和准确度高等优点。与dSPACE仿真机相比，RT-LAB仿真机具有实时代码生成快、建模简单、对电力电子器件兼容性强等优势。中国科学院电工研究所、中国科学院大学的研究人员孙鹏琨、葛琼璇等，介绍了一种基于RT-LAB仿真机的硬件在环实时仿真平台。该平台由变流器仿真系统、电机仿真系统和控制系统三部分组成，可以实现对变流器和电机的纳秒级实时仿真，并对高速磁悬浮牵引控制策略进行了全面验证，证明了该仿真平台可以实现磁悬浮列车全速度范围的实时仿真，表明可以通过硬件在环实时仿真平台进行牵引控制器的研发。高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台，主要包括牵引控制系统、信号调理单元和牵引仿真系统，如图1所示。牵引控制系统实现对牵引仿真系统中的变流器以及直线电机的控制，并与牵引仿真管理子系统实现数据交互。图1仿真平台的组成结构牵引仿真系统包括四套高功率变流器仿真子系统和一套直线电机仿真子系统，如图2所示。四套高功率变流器仿真子系统包含四台RT-LAB的FPGA仿真机，每台FPGA仿真机对应一套高功率变流器仿真子系统。四台FPGA仿真机中有两台同时作为直线电机仿真子系统。四台FPGA仿真机分别通过数据线连接到RT-LAB的Dolphin机箱上。四台FPGA仿真机之间通过光纤连接，以欧若拉协议进行通信。图2牵引系统仿真设备牵引仿真管理子系统包括WindowsPC和RT-LAB的CPU仿真机。WindowsPC通过网线与RT-LAB的CPU仿真机连接。CPU仿真机通过数据线连接到RT-LAB的Dolphin机箱。可以通过CPU仿真机实现模型开发配置、数据采集、仿真监控等功能。研究人员在实验室中搭建了基于RT-LAB的高速磁悬浮硬件在环实时仿真平台，如图3所示，图中CCU（convertercontrolunit）表示变流器控制单元，MCU（motorcontrolunit）表示电机控制单元。图3列车硬件在环实时仿真平台在该平台上采用真实的控制器，按照最高时速km/h的运行条件，控制列车在全速度范围内运行，仿真步长为ns。本文编自年第16期《电工技术学报》，原文标题为“基于硬件在环实时仿真平台的高速磁悬浮列车牵引控制策略”，作者为谢俊朗、韦翔。
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