本公開實施例涉及電力電子實時仿真領(lǐng)域，特別涉及一種電機(jī)模擬裝置及其模擬方法。

背景技術(shù)：

1、電機(jī)作為典型的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、水利工程、醫(yī)療衛(wèi)生、消費(fèi)電子等眾多傳統(tǒng)行業(yè)。據(jù)國內(nèi)外的權(quán)威統(tǒng)計，電動機(jī)系統(tǒng)使用的電能占總發(fā)電量的60％以上。電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能對我國推行節(jié)能減排戰(zhàn)略的國策影響巨大，并且隨著新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、機(jī)車牽引、船舶電力推進(jìn)等電機(jī)新興應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)的飛速發(fā)展，對各種電機(jī)及其驅(qū)動控制器的性能測試技術(shù)提出越來越多新的挑戰(zhàn)。

2、電機(jī)模擬器基于構(gòu)建的電機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)精確的電機(jī)電動及發(fā)電狀態(tài)的模擬，結(jié)合了半實物仿真測試和臺架測試的優(yōu)勢，填補(bǔ)了信號級的硬件在環(huán)仿真(hil，hardware-in-the-loop)測試與功率級電機(jī)臺架測試之間的空白，以基于電機(jī)的驅(qū)動控制器模擬電機(jī)的各種負(fù)載工況，實現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動控制器的功率硬件在環(huán)測試(mcu?power-hil)。

3、然而，電機(jī)模擬器和待測電機(jī)的驅(qū)動控制器之間通訊時，兩者之間傳輸?shù)男盘柸菀资艿诫姍C(jī)模擬器內(nèi)的功率器件的干擾。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開實施例提供一種電機(jī)模擬裝置及其模擬方法，至少有利于提高電機(jī)模擬裝置的通用性，和降低電機(jī)模擬裝置中其他信號對傳感信號的干擾。

2、根據(jù)本公開一些實施例，本公開實施例一方面提供一種電機(jī)模擬裝置，包括：電機(jī)模擬器，所述電機(jī)模擬器包括核心控制單元，所述核心控制單元包括第一fpga芯片；接口擴(kuò)展箱，位于所述電機(jī)模擬器之外，所述接口擴(kuò)展箱包括第二fpga芯片；接口擴(kuò)展通信單元，被配置為，實現(xiàn)所述核心控制單元和所述接口擴(kuò)展箱之間的光纖通信；待測電機(jī)和傳感信號傳輸單元，所述傳感信號傳輸單元被配置為，實現(xiàn)所述接口擴(kuò)展箱和所述待測電機(jī)之間傳感信號的交互；其中，所述第一fpga芯片被配置為，實現(xiàn)傳感信號模擬算法、以及所述核心控制單元側(cè)的光纖用戶層協(xié)議和物理層協(xié)議；所述第二fpga芯片被配置為，實現(xiàn)傳感信號接口邏輯、以及所述接口擴(kuò)展箱側(cè)的光纖用戶層協(xié)議和物理層協(xié)議。

3、在一些實施例中，所述核心控制單元設(shè)置有第一高速串行接口，所述接口擴(kuò)展箱設(shè)置有第二高速串行接口，所述第一高速串行接口和所述第二高速串行接口被配置為接收相同的參考時鐘；所述接口擴(kuò)展通信單元包括第一高速光模塊、收發(fā)光纖和第二高速光模塊，其中，所述第一高速光模塊連接所述第一高速串行接口，所述第二高速光模塊連接所述第二高速串行接口，所述收發(fā)光纖連接所述第一高速光模塊和所述第二高速光模塊。

4、在一些實施例中，所述第一fpga芯片包括傳感信號模擬算法模塊、第一用戶層協(xié)議發(fā)送模塊、第一用戶層協(xié)議接收模塊和第一物理層通信模塊；其中，所述第一物理層通信模塊被配置為，接收所述接口擴(kuò)展箱基于所述接口擴(kuò)展通信單元傳輸?shù)牡谝恍盘枺凰龅谝挥脩魧訁f(xié)議接收模塊被配置為，從所述第一物理層通信模塊處接收所述第一信號，并將所述第一信號傳輸至所述傳感信號模擬算法模塊；所述傳感信號模擬算法模塊被配置為，基于所述第一信號進(jìn)行傳感信號模擬，并向所述第一用戶層協(xié)議發(fā)送模塊輸出第二信號；所述第一用戶層協(xié)議發(fā)送模塊被配置為，從所述傳感信號模擬算法模塊處接收所述第二信號，并傳輸至所述第一物理層通信模塊；所述第一物理層通信模塊還被配置為，基于所述接口擴(kuò)展通信單元向所述接口擴(kuò)展箱傳輸所述第二信號。

5、在一些實施例中，所述傳感信號模擬算法模塊還被配置為，接收控制信號，并基于所述控制信號和所述第一信號進(jìn)行傳感信號模擬。

6、在一些實施例中，所述第二fpga芯片包括傳感信號硬件接口設(shè)計模塊、第二用戶層協(xié)議發(fā)送模塊、第二用戶層協(xié)議接收模塊和第二物理層通信模塊；其中，所述第二物理層通信模塊被配置為，接收所述核心控制單元基于所述接口擴(kuò)展通信單元傳輸?shù)牡诙盘枺凰龅诙脩魧訁f(xié)議接收模塊被配置為，從所述第二物理層通信模塊處接收所述第二信號，并將所述第二信號傳輸至所述傳感信號硬件接口設(shè)計模塊；所述傳感信號硬件接口設(shè)計模塊被配置為，從所述第二用戶層協(xié)議接收模塊處接收所述第二信號，并接收所述待測電機(jī)傳輸?shù)牡谝恍盘?；所述第二用戶層協(xié)議發(fā)送模塊被配置為，從所述傳感信號硬件接口設(shè)計模塊處接收所述第一信號，并傳輸至所述第二物理層通信模塊；所述第二物理層通信模塊還被配置為，基于所述接口擴(kuò)展通信單元向所述核心控制單元傳輸所述第一信號。

7、在一些實施例中，所述傳感信號硬件接口設(shè)計模塊還被配置為，基于所述傳感信號的類型的不同，設(shè)計不同的與所述待測電機(jī)進(jìn)行傳感信號交互的傳感信號接口，從部分所述傳感信號接口處接收所述待測電機(jī)傳輸?shù)乃龅谝恍盘?，并將接收的所述第二信號傳輸至剩余所述傳感信號接口處?/p>

8、在一些實施例中，所述傳感信號硬件接口設(shè)計模塊包括接口時序邏輯設(shè)計單元和信號調(diào)理單元；所述接口時序邏輯設(shè)計單元被配置為，基于所述傳感信號的類型的不同，設(shè)計不同的接口時序邏輯；所述信號調(diào)理單元被配置為，對所述第一信號和所述第二信號進(jìn)行調(diào)理。

9、在一些實施例中，所述接口時序邏輯設(shè)計單元包括第一時序邏輯設(shè)計子單元和第二時序邏輯設(shè)計子單元；所述信號調(diào)理單元包括第一調(diào)理子單元和第二調(diào)理子單元；其中，所述第一信號依次從部分所述傳感信號接口、所述第一調(diào)理子單元和所述第一時序邏輯設(shè)計子單元傳輸至所述第二用戶層協(xié)議發(fā)送模塊；所述第二信號依次從所述第二用戶層協(xié)議接收模塊、所述第二時序邏輯設(shè)計子單元和所述第二調(diào)理子單元傳輸至剩余所述傳感信號接口。

10、在一些實施例中，所述傳感信號包括位置傳感信號或溫度傳感信號。

11、根據(jù)本公開一些實施例，本公開實施例另一方面還提供一種電機(jī)模擬方法，應(yīng)用于上述任一項所述的電機(jī)模擬裝置，所述電機(jī)模擬方法包括：借助所述傳感信號傳輸單元實現(xiàn)所述接口擴(kuò)展箱和所述待測電機(jī)之間傳感信號的交互；借助所述接口擴(kuò)展通信單元實現(xiàn)所述核心控制單元和所述接口擴(kuò)展箱之間的光纖通信；通過電機(jī)模擬器與所述待測電機(jī)之間的信息交互，實現(xiàn)對所述待測電機(jī)的模擬。

12、本公開實施例提供的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點：

13、一方面，將需要與待測電機(jī)建立通信的接口設(shè)計在接口擴(kuò)展箱，而非核心控制單元上，實現(xiàn)傳感信號接口的物理外延，降低核心控制單元上所需設(shè)計的接口的類型和數(shù)量，從而有利于降低核心控制單元上的接口設(shè)計壓力。另一方面，設(shè)計接口擴(kuò)展通信單元以實現(xiàn)核心控制單元和接口擴(kuò)展箱之間的光纖通信。其中，由于傳感信號在設(shè)計接口擴(kuò)展箱和核心控制單元之間的傳輸距離較遠(yuǎn)，基于光纖通信的高速、低延遲、以及延遲抖動小的特征，使得借助接口擴(kuò)展箱實現(xiàn)的傳感信號接口的物理外延對電機(jī)模擬裝置帶來的性能影響可以忽略不計，以保證遠(yuǎn)距離下傳感信號的低延遲低抖動，保證傳感信號的同步，而且，有效降低了電機(jī)模擬器內(nèi)除核心控制單元之外的其他器件的連線對接口擴(kuò)展通信單元中傳輸?shù)膫鞲行盘柕母蓴_，進(jìn)一步提高在核心控制單元和接口擴(kuò)展箱之間傳輸?shù)膫鞲行盘柕臏?zhǔn)確性。又一方面，利用核心控制單元中的第一fpga芯片實現(xiàn)傳感信號模擬算法，利用接口擴(kuò)展箱中的第二fpga芯片實現(xiàn)傳感信號接口邏輯，即，將實現(xiàn)傳感信號模擬算法功能的模塊和實現(xiàn)傳感信號接口邏輯的模塊分散在兩個fpga芯片上，進(jìn)一步降低對核心控制單元的設(shè)計壓力。再一方面，設(shè)計第二fpga芯片實現(xiàn)傳感信號接口邏輯，在傳感信號的種類比較多的情形下，也可以借助第二fpga芯片設(shè)計與多種類型待測電機(jī)匹配的接口，從而有利于提高電機(jī)模擬裝置的通用性。