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基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

邱华静;李鸿彪;邹毅军

【摘要】硬件在环仿真技术是近年来兴起的一种新颖的实时仿真技术,具有置信度

高、方便方案验证与设计、缩短开发周期、减小开发成本等优点.将当前在工业中

大量运用的永磁同步电机作为控制对象,设计了一种基于RT-LAB的永磁同步电机

硬件在环实时仿真平台,实验过程及实验结果都证明了系统的优异性能,大大提高了

研究工作的效率.

【期刊名称】《电气自动化》

【年(卷),期】2013(035)006

【总页数】3页(P39-40,52)

【关键词】硬件在环;实时仿真技术;永磁同步电机;RT-LAB;DSP;自动代码生成

【作者】邱华静;李鸿彪;邹毅军

【作者单位】上海科梁信息工程有限公司,上海200233;扬州大学能源与动力工程

学院,江苏扬州225127;上海科梁信息工程有限公司,上海200233;上海科梁信息工

程有限公司,上海200233

【正文语种】中文

【中图分类】TM33.38

0引言

从上世纪八十年代开始，各工业发达国家竞相研究高性能的永磁同步电机。永磁同

步电机具有体积小、质量轻、功率密度低、低速输出转矩大、效率高和维护简单等

优点，受到工业自动化、新能源汽车等行业的青睐，成为研究与利用的热点［1］。

硬件在环（HardwareInTheLoop，HIL）是实时仿真技术的一种新颖的工程应

用形式，在工程实践中充分发挥了它的优势:置信度高、方便方案验证与设计、缩

短开发周期、减小开发成本。本文实现了基于RT－LAB的永磁同步电机HIL实时

仿真平台的搭建，基于此平台我们研究了永磁同步电机的运行特性，通过观察电流

电压等电量特性确定了控制参数，验证了所用控制策略的性能，实验过程及结果证

明了HIL的优越性［2－3］。

1基于RT－LAB的运动控制实时仿真平台

RT－LAB是加拿大Opal－rt公司开发的基于模型的仿真系统平台软件包，可以直

接应用MATLAB/Simulink建立的动态数学模型应用于实时仿真、控制、测试及

其他相关领域。基于RTLAB的PMSMHIL实时仿真平台实时仿真平台将将用用

设计的PMSM及RT－LAB库中的逆变器模型添加相关RT－LAB模块后，编译、

下载到高精度实时仿真机eDRIVEsim中运行，即实现控制对象的建立。控制器采

用TI的DSP开发套件F28335eZdsp。

本仿真平台所用的eDRIVEsim仿真机是Opal－RT公司专为电机驱动与电力电子

系统的各种HIL测试而开发的一款高精度实时仿真机。它集成了强大的Inteli7多

核处理器，每个机箱配备多达12核计算单元;拥有专用电力电子模型库，高精度的

实时解算算法，以及一系列高速I/O，所有I/O由Spartan3FPGA控制，I/O采

样精度高达20ns，FPGA片上仿真可达250ns;配有高速低延迟模拟和数字I/O，

带有信号调理;支持多种PCI和PCIe通讯接口卡;还包括一系列客户可定制的信号

生成和信号处理模块，如PWM，正交编码器等。这些特点共同确保eDREIVEsim

能满足电机控制与电力电子领域对高精度实时仿真的严格要求［4－5］。

基于RT－LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台结构由图1所示，在

（Hz）5205050调制波fMOD（Hz）50505050电机电流波SPS稍

有畸变畸变严重畸变严重等于0形效果分析RTE－Drive500050005000

10000运算步长Ts（us）波形完好波形完好波形完好波形完好

从以上对比可以看出经过优化的IGBT逆变桥模块可以使算法运行在更小的步长，

实现更高的精度，非常适用于电机、电力电子等对步长要求严格的系统仿真。

3PMSM磁场定向控制算法及其实现

为实现PMSM高性能的转矩控制，本实验平台采用采用矢量控制，也称为磁场定

向控制，其原理框图如图3所示。矢量控制最基本的思想就是通