本發(fā)明屬于新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺。

背景技術(shù)：

在“十三五”規(guī)劃中，我國提出了實(shí)施新能源汽車推廣計(jì)劃，提高電動車產(chǎn)業(yè)化水平。今年作為“十三五”的開局之年，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)由起步階段進(jìn)入加速階段，電動汽車的發(fā)展也迎來了最佳的機(jī)遇。

驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它所表現(xiàn)出的性能的優(yōu)劣直接影響著新能源汽車的能效、行駛距離、速度和加速性能及造價(jià)等，高性能的汽車電機(jī)及其驅(qū)動器測試系統(tǒng)是評估電機(jī)及其控制器特性參數(shù)的有效手段。而目前，國內(nèi)電動汽車驅(qū)動電機(jī)及其控制器測試系統(tǒng)處于一個起步的階段，大多數(shù)是通過計(jì)算機(jī)仿真或是傳統(tǒng)電機(jī)平臺改造來進(jìn)行測試。然而由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不確定性，以及傳統(tǒng)測試方法對于新型電機(jī)不適用，所以設(shè)計(jì)一個專門針對電動汽車的高性能驅(qū)動電機(jī)及其控制器的測試系統(tǒng)具有十分重要的意義，一方面可以為電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究提供一個真實(shí)可靠的測試環(huán)境，另一方面為產(chǎn)品的市場化提供參考評價(jià)的依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，為電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)提供一個真實(shí)可靠的測試平臺。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，包括硬件部分和軟件部分，此硬件部分包括工控機(jī)、測功機(jī)系統(tǒng)、第一電壓/電流采樣電路、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路和電源模擬系統(tǒng)；

所述工控機(jī)包括用戶管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Matlab仿真系統(tǒng)；所述測功機(jī)系統(tǒng)包括dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)、三相調(diào)壓器、Back-To-Back變換器、負(fù)載電機(jī)、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和第二電壓/電流采樣電路；

所述用戶管理系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)顯示被測對象的各種參數(shù)值，對整個測試平臺進(jìn)行控制；

所述控制系統(tǒng)分別連接到所述電源模擬系統(tǒng)和被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的信號端，通過CAN總線與它們進(jìn)行雙向通訊，用于接收和發(fā)送指令；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別連接到所述第一電壓/電流采樣電路的輸出端、所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路的輸出端和所述第二電壓/電流采樣電路的輸出端，用以對所述負(fù)載電機(jī)的電壓電流以及轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，同時對被測對象的汽車電機(jī)進(jìn)行電壓電流采集；

所述Matlab仿真系統(tǒng)連接到所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的通信端，通過以太網(wǎng)進(jìn)行雙向通信，所述Matlab仿真系統(tǒng)用來設(shè)計(jì)所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型，此控制系統(tǒng)仿真模型中包含電壓源模型、閉環(huán)控制器模型、Back-To-Back變換器模型、負(fù)載電機(jī)模型以及相應(yīng)的觀測器模型；

所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)分別連接到所述Matlab仿真系統(tǒng)的通信端和所述Back-To-Back變換器的通訊接口，用以把所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型及其控制算法直接轉(zhuǎn)換成控制代碼，并對所述Back-To-Back變換器發(fā)出控制信號；

所述三相調(diào)壓器的輸入端連接到三相交流電網(wǎng)、輸出端連接到所述Back-To-Back變換器的輸入端，用以把三相交流電網(wǎng)提供的三相380V交流電變換成三相0-430V交流電輸出給所述Back-To-Back變換器；

所述Back-To-Back變換器分別連接到所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的輸出端、所述三相調(diào)壓器的輸出端、所述負(fù)載電機(jī)的驅(qū)動輸入端和三相交流電網(wǎng)；

所述負(fù)載電機(jī)分別連接到所述Back-To-Back變換器的輸出端、所述第二電壓/電流采樣電路的采樣輸入端和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別連接到所述負(fù)載電機(jī)、被測對象的汽車電機(jī)和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路，用以采集被測對象的汽車電機(jī)和所述負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第二電壓/電流采樣電路分別連接到所述負(fù)載電機(jī)的輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集所述負(fù)載電機(jī)的電壓、電流信號，通過所述第二電壓/電流采樣電路發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第一電壓/電流采樣電路分別連接到被測對象的汽車電機(jī)的電壓輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集被測對象的汽車電機(jī)的電壓、電流信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路分別連接到所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對采集的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述電源模擬系統(tǒng)分別連接到三相交流電網(wǎng)、所述控制系統(tǒng)及被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的供電接口，通過CAN總線與所述控制系統(tǒng)進(jìn)行通信；

所述軟件部分內(nèi)置于所述工控機(jī)內(nèi)，包括路況模擬系統(tǒng)、基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)和性能分析系統(tǒng)；工作時首先通過路況模擬系統(tǒng)再現(xiàn)真實(shí)的汽車行駛的加減速各種工況；其次，采用基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測功機(jī)系統(tǒng)對負(fù)載模擬的快速響應(yīng)和精確跟蹤控制；最終通過性能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合性能測試和分析。

所述的路況模擬系統(tǒng)系統(tǒng)為采用高級車輛仿真器和等效動態(tài)阻力方程設(shè)計(jì)的路況模擬系統(tǒng)。

所述的基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)為采用模型預(yù)測控制的轉(zhuǎn)矩脈動最小化技術(shù)、參數(shù)修正與估計(jì)技術(shù)、控制周期及驅(qū)動能耗最小化技術(shù)、前饋控制與補(bǔ)償技術(shù)來設(shè)計(jì)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)。

所述的性能分析系統(tǒng)主要是對所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過動態(tài)性能分析、負(fù)載能力分析、色溫云圖分析、諧波分析、振動噪聲分析、趨勢圖、能耗分析來了解被測對象的汽車電機(jī)及其控制器的運(yùn)行效率、能耗、控制精度、動態(tài)響應(yīng)、負(fù)載特性、諧波含量以及振動和噪聲來源。

電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，包括硬件部分和軟件部分，此硬件部分包括工控機(jī)、測功機(jī)系統(tǒng)、第一電壓/電流采樣電路、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路、電源模擬系統(tǒng)和三重三相雙向DC-DC變換器；

所述工控機(jī)包括用戶管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Matlab仿真系統(tǒng)；所述測功機(jī)系統(tǒng)包括dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)、三相調(diào)壓器、Back-To-Back變換器、負(fù)載電機(jī)、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和第二電壓/電流采樣電路；

所述用戶管理系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)顯示被測對象的各種參數(shù)值，對整個測試平臺進(jìn)行控制；

所述控制系統(tǒng)分別連接到所述電源模擬系統(tǒng)、所述三重三相雙向DC-DC變換器和被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的信號端，通過CAN總線與它們進(jìn)行雙向通訊，用于接收和發(fā)送指令；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別連接到所述第一電壓/電流采樣電路的輸出端、所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路的輸出端和所述第二電壓/電流采樣電路的輸出端，用以對所述負(fù)載電機(jī)的電壓電流以及轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，同時對被測對象的汽車電機(jī)進(jìn)行電壓電流采集；

所述Matlab仿真系統(tǒng)連接到所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的通信端，通過以太網(wǎng)進(jìn)行雙向通信，所述Matlab仿真系統(tǒng)用來設(shè)計(jì)所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型，此控制系統(tǒng)仿真模型中包含電壓源模型、閉環(huán)控制器模型、Back-To-Back變換器模型、負(fù)載電機(jī)模型以及相應(yīng)的觀測器模型；

所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)分別連接到所述Matlab仿真系統(tǒng)的通信端和所述Back-To-Back變換器的通訊接口，用以把所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型及其控制算法直接轉(zhuǎn)換成控制代碼，并對所述Back-To-Back變換器發(fā)出控制信號；

所述三相調(diào)壓器的輸入端連接到三相交流電網(wǎng)、輸出端連接到所述Back-To-Back變換器的輸入端，用以把三相交流電網(wǎng)提供的三相380V交流電變換成三相0-430V交流電輸出給所述Back-To-Back變換器；

所述Back-To-Back變換器分別連接到所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的輸出端、所述三相調(diào)壓器的輸出端、所述負(fù)載電機(jī)的驅(qū)動輸入端和所述三重三相雙向DC-DC變換器的輸入端；

所述負(fù)載電機(jī)分別連接到所述Back-To-Back變換器的輸出端、所述第二電壓/電流采樣電路的采樣輸入端和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別連接到所述負(fù)載電機(jī)、被測對象的汽車電機(jī)和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路，用以采集被測對象的汽車電機(jī)和所述負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第二電壓/電流采樣電路分別連接到所述負(fù)載電機(jī)的輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集所述負(fù)載電機(jī)的電壓、電流信號，通過所述第二電壓/電流采樣電路發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第一電壓/電流采樣電路分別連接到被測對象的汽車電機(jī)的電壓輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集被測對象的汽車電機(jī)的電壓、電流信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路分別連接到所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對采集的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述電源模擬系統(tǒng)分別連接到三相交流電網(wǎng)、所述控制系統(tǒng)、被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的供電接口和所述三重三相雙向DC-DC變換器，通過CAN總線與所述控制系統(tǒng)進(jìn)行通信；

所述三重三相雙向DC-DC變換器分別連接到所述電源模擬系統(tǒng)、所述Back To Back變換器的反相輸出端、被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的電壓輸入端及所述控制系統(tǒng)，用于在對被測對象的汽車電機(jī)或所述負(fù)載電機(jī)進(jìn)行制動時，將能量回饋至Back To Back變換器或三重三相雙向DC-DC變換器的輸入端，進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能目的；

所述軟件部分內(nèi)置于所述工控機(jī)內(nèi)，包括路況模擬系統(tǒng)、基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)和性能分析系統(tǒng)；工作時首先通過路況模擬系統(tǒng)再現(xiàn)真實(shí)的汽車行駛的加減速各種工況；其次，采用基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測功機(jī)系統(tǒng)對負(fù)載模擬的快速響應(yīng)和精確跟蹤控制；最終通過性能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合性能測試和分析。

所述的路況模擬系統(tǒng)系統(tǒng)為采用高級車輛仿真器和等效動態(tài)阻力方程設(shè)計(jì)的路況模擬系統(tǒng)。

所述的基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)為采用模型預(yù)測控制的轉(zhuǎn)矩脈動最小化技術(shù)、參數(shù)修正與估計(jì)技術(shù)、控制周期及驅(qū)動能耗最小化技術(shù)、前饋控制與補(bǔ)償技術(shù)來設(shè)計(jì)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)。

所述的性能分析系統(tǒng)主要是對所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過動態(tài)性能分析、負(fù)載能力分析、色溫云圖分析、諧波分析、振動噪聲分析、趨勢圖、能耗分析來了解被測對象的汽車電機(jī)及其控制器的運(yùn)行效率、能耗、控制精度、動態(tài)響應(yīng)、負(fù)載特性、諧波含量以及振動和噪聲來源。

采用上述方案后，本發(fā)明的電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，工作時首先通過路況模擬系統(tǒng)再現(xiàn)真實(shí)的汽車行駛的加減速各種工況；其次，采用基于模型預(yù)測控制的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測功機(jī)系統(tǒng)對負(fù)載模擬的快速響應(yīng)和精確跟蹤控制；最終通過性能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的綜合性能測試和分析。并且可以通過工控機(jī)的用戶管理系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)顯示被測對象測量值，同時對測試過程進(jìn)行控制等。

本發(fā)明的測試平臺和其他新能源汽車電機(jī)驅(qū)動測試系統(tǒng)相比，具有測試功能全面、測試精度高、測試結(jié)果真實(shí)可靠性高、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，解決了目前新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)仿真測試平臺的真實(shí)性差，以及傳統(tǒng)測試方法對新型的新能源汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)不適用等問題。本發(fā)明的測試平臺為電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)提供了一個真實(shí)可靠的模擬測試環(huán)境，能夠?qū)崟r檢測電機(jī)性能，及時有效獲得研發(fā)驅(qū)動電機(jī)所需數(shù)據(jù)，縮短對驅(qū)動電機(jī)的研發(fā)時間，對目前中國市場電動汽車電機(jī)驅(qū)動相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和推廣具有十分重要的意義。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中，通過三重三相雙向DC-DC變換器構(gòu)建能量回饋系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動和重復(fù)利用，節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的電路原理框圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二的電路原理框圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中能量回饋系統(tǒng)的電路原理圖。

圖4是圖3中三重三相雙向DC-DC變換器的電路原理圖。

圖5是本發(fā)明中基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)的原理框圖。

圖6是本發(fā)明中基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺的具體實(shí)施方式作詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：

本發(fā)明的電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，包括硬件部分和軟件部分，如圖1所示，此硬件部分包括工控機(jī)、測功機(jī)系統(tǒng)、第一電壓/電流采樣電路、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路和電源模擬系統(tǒng)。此軟件部分內(nèi)置于所述工控機(jī)內(nèi)，包括路況模擬系統(tǒng)、基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)和性能分析系統(tǒng)；

所述工控機(jī)包括用戶管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Matlab仿真系統(tǒng)；所述測功機(jī)系統(tǒng)包括dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)、三相調(diào)壓器、Back-To-Back變換器、負(fù)載電機(jī)(永磁同步電機(jī))、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和第二電壓/電流采樣電路；

所述用戶管理系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)顯示被測對象的各種參數(shù)值，對整個測試平臺進(jìn)行控制；

所述控制系統(tǒng)分別連接到所述電源模擬系統(tǒng)和被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的信號端，通過CAN總線與它們進(jìn)行雙向通訊，用于接收和發(fā)送指令；

所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入端分別連接所述第一電壓/電流采樣電路的輸出端、所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路的輸出端和所述第二電壓/電流采樣電路的輸出端，用以對所述負(fù)載電機(jī)的電壓電流以及轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，同時對被測對象的汽車電機(jī)進(jìn)行電壓電流采集；

所述Matlab仿真系統(tǒng)連接到所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的通信端，通過以太網(wǎng)進(jìn)行雙向通信，所述Matlab仿真系統(tǒng)用來設(shè)計(jì)所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型，此控制系統(tǒng)仿真模型中包含電壓源模型、閉環(huán)控制器模型、Back-To-Back變換器模型、負(fù)載電機(jī)模型以及相應(yīng)的觀測器(示波器)模型；

所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)分別連接到所述Matlab仿真系統(tǒng)的通信端和所述Back-To-Back變換器的通訊接口，用以把所述負(fù)載電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型及其控制算法直接轉(zhuǎn)換成控制代碼，并對所述Back-To-Back變換器發(fā)出控制信號；

所述三相調(diào)壓器的輸入端連接到三相交流電網(wǎng)、輸出端連接到所述Back-To-Back變換器的輸入端，用以把三相交流電網(wǎng)提供的三相380V交流電變換成三相0-430V交流電輸出給所述Back-To-Back變換器，最大功率可達(dá)150kW；

所述Back-To-Back變換器的輸入端連接所述三相調(diào)壓器的輸出端，所述Back-To-Back變換器的通訊接口連接至所述dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)的輸出端，所述Back-To-Back變換器的反相輸出端分別連接至所述負(fù)載電機(jī)的驅(qū)動輸入端和三相交流電網(wǎng)；所述Back-To-Back變換器采用Infineon的IGBT模塊以及相應(yīng)的驅(qū)動模塊設(shè)計(jì)，IGBT模塊型號為FF600R17ME4，最大額定電壓為1700V，最大額定電流為600A，驅(qū)動模塊為2SP0115T2Ax-17；

所述負(fù)載電機(jī)分別連接到所述Back-To-Back變換器的輸出端、所述第二電壓/電流采樣電路的采樣輸入端和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器；所選負(fù)載電機(jī)的主要參數(shù)為標(biāo)稱功率：100kW，額定電壓：380V，額定電流：300A，額定轉(zhuǎn)速：3600rpm，最大轉(zhuǎn)速：9000rpm，額定轉(zhuǎn)矩：200N.m，峰值轉(zhuǎn)矩：≥500N.m，冷卻方式：強(qiáng)迫風(fēng)冷；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別連接到所述負(fù)載電機(jī)、被測對象的汽車電機(jī)和所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路，用以采集被測對象的汽車電機(jī)和所述負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第二電壓/電流采樣電路分別連接到所述負(fù)載電機(jī)的輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集所述負(fù)載電機(jī)的電壓、電流信號，通過所述第二電壓/電流采樣電路發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述第一電壓/電流采樣電路分別連接到被測對象的汽車電機(jī)的電壓輸入端及所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于采集被測對象的汽車電機(jī)的電壓、電流信號，并發(fā)送給所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速采樣電路分別連接到所述轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于對采集的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

所述電源模擬系統(tǒng)分別連接到三相交流電網(wǎng)、所述控制系統(tǒng)及被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的供電接口，通過CAN總線與所述控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)行各種蓄電池的充放電曲線的設(shè)定和模擬，輸出直流電供給被測對象的電機(jī)驅(qū)動器工作。

本發(fā)明中，路況模擬系統(tǒng)系統(tǒng)可采用公知的路況模擬系統(tǒng)系統(tǒng)。具體地，采用高級車輛仿真器(ADVISOR)和等效動態(tài)阻力方程設(shè)計(jì)的路況模擬系統(tǒng)，可以進(jìn)行傳統(tǒng)汽車、純電動車及混合動力車型等多種車型的行駛工況和動態(tài)方程建模，快速分析行駛狀態(tài)和燃油經(jīng)濟(jì)性。支持用戶自定義的動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的仿真和分析，支持利用Matlab/Simulink強(qiáng)大的建模分析能力進(jìn)行車輛數(shù)據(jù)庫的修改和算法的優(yōu)化，得到最佳模型和算法。同時根據(jù)設(shè)定的行駛工況和車輛動態(tài)方程，求取等效動態(tài)阻力方程進(jìn)行路況負(fù)載模擬。

汽車行駛工況是針對某一類型的車輛制定用來代表的特定環(huán)境(如城區(qū)、郊區(qū)、高速)的車輛行駛車速—時間歷程，包含四種行駛狀態(tài)：加速、減速、怠速以及勻速，反映車輛在道路運(yùn)行中的運(yùn)動水平和這些運(yùn)動水平所占的份額。汽車行駛工況或者更為復(fù)雜的的行駛工況都可以通過ADVISOR來選擇和設(shè)定。ADVISOR(ADvanced VehIcle SimulatOR，先進(jìn)車輛仿真器)，最初源于美國再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL，National Renewable Energy Laboratory)，該軟件基于Matlab和Simulink平臺進(jìn)行開發(fā)和運(yùn)行，并且集模型、數(shù)據(jù)和腳本文件于一體。ADVISOR主要用來對各種車輛的行駛狀態(tài)和燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行快速分析，涉及車種包括傳統(tǒng)汽車、純電動車及混合動力車型。ADVISOR同時也支持對用戶自定義的動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的仿真和分析。用戶可以在ADVISOR自帶的車輛數(shù)據(jù)庫和算法基礎(chǔ)上進(jìn)行修改和自定義，得到最佳模型和算法，以便充分利用Simulink靈活的建模能力和Matlab強(qiáng)大的分析能力；

先預(yù)設(shè)定一個行駛工況(車速－時間曲線)，即每一時刻的車速是已知的，作為車速給定。而每一刻需求的阻力矩信號可以由測試系統(tǒng)的車速給定和和車輛動態(tài)方程計(jì)算。在這種情況下，車輛設(shè)定的移動速度決定于所選的行駛工況，然后將車速轉(zhuǎn)化為車輛電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號，作為電驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速給定；同時根據(jù)設(shè)定的行駛工況和車輛動態(tài)方程，計(jì)算出在測試系統(tǒng)中需模擬的阻力矩，作為測功機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩給定，然后根據(jù)設(shè)定的行駛工況和車輛動態(tài)方程，求取測功機(jī)系統(tǒng)中的等效動態(tài)阻力，進(jìn)而得到完整的路況模擬系統(tǒng)。

如圖5－6所示，本發(fā)明中，基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)采用模型預(yù)測控制(MPC)的轉(zhuǎn)矩脈動最小化技術(shù)、參數(shù)修正與估計(jì)技術(shù)、控制周期及驅(qū)動能耗最小化技術(shù)、前饋控制與補(bǔ)償技術(shù)等設(shè)計(jì)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)，有效地降低轉(zhuǎn)矩脈動以及超調(diào)量，提高系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)性，降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)快速性、穩(wěn)態(tài)性和魯棒性，并解決系統(tǒng)約束問題和非線性問題，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的精確模擬和快速跟蹤，達(dá)到行駛路況的真實(shí)、快速、有效模擬，保證系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和高效性。

轉(zhuǎn)矩脈動最小化技術(shù)在控制器計(jì)算速度能達(dá)到要求的情況下，通過擴(kuò)展預(yù)測范圍，增加預(yù)測步數(shù)，可以更加有效地降低轉(zhuǎn)矩脈動以及超調(diào)量；參數(shù)修正與估計(jì)技術(shù)，使用一種魯棒控制下的預(yù)測滑模控制模型，該模型與電機(jī)的電壓模型相結(jié)合，可以減少定子與轉(zhuǎn)子電阻測量值與實(shí)際值偏差的不確定性，該技術(shù)還可以消除電流測量中引入的累積誤差。如果不設(shè)法去除，將直接導(dǎo)致控制系統(tǒng)的精度下降甚至控制系統(tǒng)失穩(wěn)。電機(jī)測試系統(tǒng)通常需要進(jìn)行耐久試驗(yàn)，系統(tǒng)的參數(shù)都在隨時間參數(shù)環(huán)境因素發(fā)生變化，急需這種控制技術(shù)來保證測量的穩(wěn)定、可靠和精度等性能；控制周期及驅(qū)動能耗最小化技術(shù)，控制器在保證控制精度、控制性能以及各項(xiàng)指標(biāo)不變的基礎(chǔ)上，一個需要考慮的重要問題就是能源轉(zhuǎn)換效率的提高，即控制系統(tǒng)的節(jié)能度，以及設(shè)備成本的最小化。通過降低驅(qū)動側(cè)逆變器中逆變橋IGBT的開關(guān)頻率，可以有效地降低大功率開關(guān)器件頻繁開關(guān)導(dǎo)致的開關(guān)損耗；前饋控制與補(bǔ)償技術(shù)，針對電機(jī)而設(shè)計(jì)的一類基于干擾的前饋補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制方法稱為擾動觀測技術(shù)(DOBC)。該技術(shù)在不影響電機(jī)控制系統(tǒng)基本特性的情況下，能快速估算系統(tǒng)負(fù)載和參數(shù)變化量，并將這些值從前端以電流給定的形式輸入到系統(tǒng)中。無需調(diào)節(jié)兩個環(huán)多組PI參數(shù)，僅需調(diào)節(jié)觀測器中的比例參數(shù)，便能有效提高速度控制器收斂率，并縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，有效地解決傳統(tǒng)電機(jī)控制技術(shù)中的PI速度控制器響應(yīng)時間長、動態(tài)性能不足和魯棒性欠缺等問題；

如圖5所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到負(fù)載電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給工控機(jī)；工控機(jī)給路況模擬系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，同時給dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)發(fā)送控制信號；路況模擬系統(tǒng)提供阻力矩T_d等數(shù)據(jù)給dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)，經(jīng)過基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制算法的運(yùn)算，輸出PWM控制信號給Back-to-Back變換器來控制負(fù)載電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；具體的控制過程如圖6所示：

采集到的電流數(shù)據(jù)i_a、i_b，經(jīng)過磁鏈觀測器后得到轉(zhuǎn)子磁鏈定子磁鏈經(jīng)過轉(zhuǎn)矩、磁鏈的估計(jì)公式，得到下一時刻的轉(zhuǎn)矩定子磁鏈可由以下方程得出：

在d-q坐標(biāo)系下，永磁同步電機(jī)定子磁鏈ψ_d和ψ_q可用方程1表示：

其中，分別為d軸、q軸磁鏈，L為電機(jī)定子電感，分別為d軸、q軸電流，為永磁體磁鏈。

d-q坐標(biāo)系下定子磁鏈的預(yù)測方程如公式2所示：

d-q坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)矩的預(yù)測方程如公式3所示：

其中，為估計(jì)出的轉(zhuǎn)矩值，p為電機(jī)極對數(shù)。

然后根據(jù)路況模擬系統(tǒng)提供的阻力矩T_d，構(gòu)建成本函數(shù)如公式4所示：

其中，T^*為轉(zhuǎn)矩初始值，k代表當(dāng)下的時間，h代表加上的時間，為k+h時刻轉(zhuǎn)矩值，λ為權(quán)重系數(shù)，表示定子原始磁鏈值，為k+h時刻定子磁鏈值。

根據(jù)成本函數(shù)計(jì)算出最佳開關(guān)量S_a、S_b、S_c去控制Back-to-Back變換器，進(jìn)而控制負(fù)載電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)基于模型預(yù)測控制(MPC)的負(fù)載模擬跟蹤控制系統(tǒng)，能有效地降低轉(zhuǎn)矩脈動以及超調(diào)量，提高系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)性，降低系統(tǒng)能耗，提高系統(tǒng)快速性、穩(wěn)態(tài)性和魯棒性，并解決系統(tǒng)約束問題和非線性問題，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的精確模擬和快速跟蹤，達(dá)到行駛路況的真實(shí)、快速、有效模擬，保證系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和高效性。

本發(fā)明中，性能分析系統(tǒng)可采用常規(guī)的性能分析系統(tǒng)，主要是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過動態(tài)性能分析、負(fù)載能力分析、色溫云圖分析、諧波分析、振動噪聲分析、趨勢圖、能耗分析等了解電機(jī)及控制器的運(yùn)行效率、能耗、控制精度、動態(tài)響應(yīng)、負(fù)載特性、諧波含量以及振動和噪聲來源。實(shí)施方法可以通過工控機(jī)上利用MATALB、ANSYS等數(shù)據(jù)處理分析軟件進(jìn)行。

實(shí)施例二：

本發(fā)明的電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)測試平臺，其與實(shí)施例一的區(qū)別僅在于：增設(shè)有三重三相雙向DC-DC變換器，且所述Back To Back變換器的反相輸出端不再連接至三相交流電網(wǎng)。

如圖2所示，此三重三相雙向DC-DC變換器分別連接到所述電源模擬系統(tǒng)、所述Back To Back變換器的反相輸出端、被測對象的電機(jī)驅(qū)動器的電壓輸入端及所述控制系統(tǒng)，用于在對被測對象的汽車電機(jī)或者所述負(fù)載電機(jī)進(jìn)行制動時，將能量回饋至所述Back To Back變換器或所述三重三相雙向DC-DC變換器的輸入端，進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能目的。

如圖3所示，采用一臺與被測對象的汽車電機(jī)M1同功率等級的電機(jī)作為負(fù)載電機(jī)M2，與被測對象的汽車電機(jī)對拖，由兩臺具有能量回饋功能的電機(jī)驅(qū)動器分別對電機(jī)M1、M2進(jìn)行控制，負(fù)載電機(jī)M2的電機(jī)驅(qū)動器的主電路結(jié)構(gòu)為交-直-交型。當(dāng)被測對象的汽車電機(jī)M1作電動運(yùn)行時，負(fù)載電機(jī)M2則處于發(fā)電狀態(tài)，系統(tǒng)將負(fù)載電機(jī)M2發(fā)出電經(jīng)過三重三相雙向DC-DC變換器傳遞給被測對象的汽車電機(jī)M1。同理，當(dāng)被測對象的汽車電機(jī)M1作發(fā)電運(yùn)行時，負(fù)載電機(jī)M2則處于電動狀態(tài)，系統(tǒng)將被測對象的汽車電機(jī)M1發(fā)出的電經(jīng)三重三相雙向DC-DC變換器傳遞給負(fù)載電機(jī)M2吸收利用。

本發(fā)明中，三重三相雙向DC-DC變換可采用公知的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，為三重三相雙向DC-DC變換器的電路原理圖，被測對象的汽車電機(jī)功率范圍較大，所以采用三相三重半橋式結(jié)構(gòu)作為變換主電路，可以有效減少諧波含量和電流的脈動率，減小被測電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(被測對象)與測功機(jī)系統(tǒng)的相互干擾，同時優(yōu)化能量回饋濾波器的總量和體積，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。除此之外，三相三重的特殊結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具有備用功能，某一單元發(fā)生故障時，其余單元可以繼續(xù)運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)的可靠性。

本發(fā)明中，Matlab仿真系統(tǒng)和dSPACE半實(shí)物仿真系統(tǒng)均為公知常用的仿真系統(tǒng)。

以上所述實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式做了進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式只局限于這些說明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，而且性質(zhì)或用途相同，這些都屬于發(fā)明專利的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。