电机控制器硬件在环测试解决方案.PDF

服务客户 · 持续创新 · 创造价值 电机控制器硬件在环测试解决方案 电动汽车驱动电机控制技术是电动汽车关键技术之一。近年来，现代控制理论的发展、新型大功率电 力电子器件的出现以及微机数字控制技术日臻完善，直接促进了电机控制技术的迅速发展。国内外厂商已 经研制出适用于各种类型电动汽车的电机控制器(MCU)，如图1 所示，为几种常用的电动汽车电机控制器。 图1 常用的电动汽车电机控制器 电动汽车对MCU 的功率密度、效率、控制性能、可靠性等方面都有很高要求，需要对MCU 进行全面 的测试，其中对MCU 控制性能的测试主要包括：  电机转矩-转速特性及效率  电机及其控制器的过载能力  堵转转矩和堵转电流  再生能量回馈特性  最高工作转速与超速  通信功能  电压波动  保护功能  故障诊断 在传统的MCU 测试中，除了电机之外，还需要使用大功率直流电源、测功机、数据采集等设备，传统 的MCU 测试设备体积大，造价高，需要专门的配套实验室。即使有了测试环境与测试工具，传统的MCU 测试方法还存在以下问题：  需要使用大功率电源并耗费大量电能  测试过程繁琐，耗费大量人力物力  电机及其控制器在极端运行环境下有较大的安全风险  测试重现性较差，无法进行自动化测试 1 / 7 服务客户 · 持续创新 · 创造价值 使用硬件在环(HIL)测试方法，可以克服传统MCU 测试过程中的问题，使得MCU 测试更安全、更有效。 在大功率电机测试台架测试电机及其控制器之前先用 HIL 设备对电机控制器进行测试验证可以降低大功率 测试的风险与成本，缩短测试周期。 MCU 硬件在环测试的基本原理 MCU 硬件在环测试的基本原理是通过 HIL 设备模拟MCU 所需的传感器信号，同时采集MCU 发出的 控制信号，MCU 与运行在HIL 设备中的电机模型构成闭环，由此实现MCU 的硬件在环测试。如图2 所示， 为电动汽车电机控制常用的矢量控制系统，在 HIL 测试时，逆变器、异步电机包括各类传感器以模型的方 式在HIL 设备中实时运行，矢量控制算法包括故障诊断策略在电机控制器中运行，两者通过IO 板卡相连接， 实现闭环运行。 图2 异步电机矢量控制系统 电动汽车驱动电机 （包括永磁同步电机、直流无刷电机、永磁同步电机等）是一个非线性、多变量、 强耦合的控制对象，图3 所示为异步电机T 形等效电路，该模型运算量大，不适用于HIL 测试；交流电机 的矢量变换控制技术利用旋转坐标变换将交流电机等效为一个直流电机，从而使得磁链和转矩可以解耦控 制，图 4 右图所示为基于转子磁场定向的异步电机模型。为了实时又精确地模拟电机特性，本方案使用了 基于转子磁场定向的异步电机模型，模型考虑了电机参数在电机运行过程中的变化，可以准确地描述电机 特性。 2 / 7 服务客户 · 持续创新 · 创造价值 I I 1 2 r jx r jx