郝 琦 葛兴来 宋文胜 冯晓云

（西南交通大学电气工程学院 成都 610031）

电力牵引传动系统微秒级硬件在环实时仿真

郝 琦 葛兴来 宋文胜 冯晓云

（西南交通大学电气工程学院 成都 610031）

为满足电力牵引传动系统高速实时仿真的需求，分析了交直交牵引传动系统的结构及其原理，建立了现场可编程门阵列硬件在环（HIL）仿真模型，其中包含单相脉冲整流器、中间直流回路、三相两电平逆变器以及异步电机四部分。对于含有开关器件的结构——逆变器和整流器，分别推导出它们不同状态下各自开关函数的逻辑表达式，考虑了变流器电流过零点时的换流情况。采用状态方程及矩阵方程分别对变流器以及异步电机进行建模，并将数学模型集成在FPGA中加以实现，在RT-LAB实时仿真器上进行HIL仿真，验证了仿真平台的正确性。由于采用FPGA模拟牵引传动系统，充分发挥了其善于并行计算的特性，大幅缩短了仿真的步长，突破了中央处理器速度限制，实现了微秒级系统模型实时仿真，提高了HIL仿真系统的响应速度以及准确度。

现场可编程逻辑阵列 微秒级 硬件在环 电力牵引传动系统 实时仿真 交直交

TM922

0 引言

近年来，在电力电子和电气传动领域，硬件在环（Hard-In-the-Loop, HIL）作为一种快速、安全和可靠验证控制器算法的途径逐渐得到了广泛应用[1]。开发过程中加入HIL仿真，可以提前测试系统的控制参数和算法，有效减少了研发的周期与成本[2]。在HIL仿真系统中，实时仿真器用数学模型模拟实际装置，实际控制器对其模型加以控制，二者进行数据交互，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[3]。……