风电变流器的RT-LAB硬件在环仿真系统设计与实现

对于兆瓦级风电变流器的控制算法研究多采用Matlab/Simulink、PSCAD和Psim等纯数字仿真软件,存在不能真实模拟风电变流器运行和不便于控制算法开发和移植等缺点。鉴于此,利用RT-LAB半实物虚拟仿真器和分布式数字控制器实现无缝连接,搭建了一套3 MW鼠笼型全功率风电变流器的硬件在环仿真平台,并进行了风电变流器的控制算法开发和验证。半实物仿真和实验结果表明,在RT-LAB硬件在环仿真平台上开发的软件算法可以直接应用到实际变流器系统中,且控制效果完全一致,该方法大大缩短了风电变流器的研发周期。

基于硬件在环的光储系统实验教学平台设计

现有新能源发电实验平台存在利用率低、交互性差等问题,难以满足培养学生解决复杂工程能力的要求。借助硬件在环仿真技术,设计并开发光伏-储能互补发电综合实验教学平台。基于该平台,设计了从基础教学到探索类实验项目,并具有可扩展性,实践表明,该实验平台实用、便捷,可快速实现先进控制算法在光储领域应用的教学实践。对培养新工科建设下的高水平卓越工程师具有重要作用。

基于AirSim的无人机硬件在环仿真平台设计与实现

为了减少使用真实无人机和相机进行算法验证所带来的高成本与人员安全风险,研制了一个无人机实物平台,并基于AirSim和虚幻引擎4搭建了配套的无人机硬件在环仿真平台。在同一局域网内,仿真平台与实物平台建立连接,将传感器数据直接输送到实物平台进行算法验证。硬件在环仿真平台可在室内无GPS环境下保证算法在仿真和实物运行时处于同一平台,节省仿真时编译代码和数据拷贝的时间,有利于多传感器融合定位算法的验证。

基于硬件在环仿真的DFIG并网系统开环模式谐振风险及验证

开环模式谐振理论是阐释风电并网引起的电力系统振荡机理的研究成果,其中基于平均模型的离线时域仿真结果可信度存疑。为提升开环模式谐振的工程指导可靠度,首先基于硬件在环仿真,组建了用于验证开环模式谐振的半实物实验平台;其次建立双馈风电场并网系统的小信号模型,提出开环模式分析通用方法评估系统振荡风险;最后以两个算例进行了开环模式谐振现象的分析与实验。得到结论:硬件在环仿真的结果符合开环模式分析的结果,在开环模式谐振条件下,系统稳定性下降。留数法可以较为准确地预测系统闭环模式,系统参数的合理整定可以减小开环模式谐振带来的影响。

基于RTDS的直驱风机硬件在环实验方法

为实现风电机组硬件在环平台的通用性,文中在环实验平台搭建了通用风电机组硬件,完成了风电机组的优化控制。针对直驱风机在电网电压不平衡或不对称的情况下影响直驱风机正常运行的问题,文中采用基于正序和负序的电流解耦算法消除负序电流以保持恒定的输出功率。通过抑制故障时风电机组的无功功率两倍频波动,使有功和无功基准值均为0,电网无功功率两倍频波动分量的幅值为0,达到消除负序电流使风电机组稳定输出的目的,并在该实验平台进行仿真验证。实验结果表明,风电机组有功功率输出保持不变,显著提高了风电机组并网的适应性,验证了该方法的合理性和有效性。

基于Pixhawk飞控的硬件在环仿真系统设计

Pixhawk飞控在民用无人机(UAV)领域得到广泛应用。为了在Pixhawk飞控上实现硬件在环仿真功能以达到验证飞控飞行性能的目的,设计了基于Pixhawk飞控的四旋翼无人机硬件在环仿真系统。通过构建四旋翼机体模型,实现模型在电机转速信号的驱动下输出位姿数据;位姿数据传输到飞控并重构为模拟传感器数据,飞控内核对传感器数据处理后输出电机转速信号驱动模型飞行,由此构成飞控硬件在环的仿真环路。在测试中使用相同航线进行了仿真飞行与真实飞行,并计算2种飞行模式数据的相关系数,系数普遍高于0.85,表明获得了较为逼真的仿真效果。

自适应巡航系统硬件在环仿真精度提升研究

由于被控车辆模型精度直接影响自适应巡航系统硬件在环仿真与实车测试的吻合度,提出利用实车测试外特性数据校准被控车辆模型的方法,进而提升系统仿真精度。首先,基于自适应巡航系统架构,搭建了仿真系统。然后,根据实车测试外特性数据对基础车辆动力学模型和逆纵向动力学模型进行逐级校准。最后,利用校准前和校准后的模型分别进行自适应巡航系统加速行驶工况、制动减速工况和跟车行驶工况仿真,并与实车测试结果进行对比分析。结果表明,利用实测数据校准被控车辆模型的方法可以显著提升自适应巡航系统硬件在环仿真与实测数据的吻合度。

基于Veristand的飞机动力系统硬件在环测试平台设计

针对飞机总装测试自动化程度不高、测试效率较低等问题,设计了一套飞机动力系统硬件在环测试系统。基于功能需求,该系统下位机采用搭载NI-LinuxRT系统的实时仿真机,实现了硬件资源配置和信号传输;上位机以NI Veristand软件为基础,完成了测试用例开发与管理、实时模型开发与调用、设备驱动管理等任务,最终实现了及动力系统的实时在线仿真模拟。该系统为后续方便快捷完成地面功能试验测试,提高测试效率,提升测试自动化水平提供了研究方向。

基于硬件在环虚拟调试IO信号对接的方法

探讨了基于硬件在环虚拟调试IO信号对接的方法,针对虚拟传感信号无法直接传递到真实PLC(可编程逻辑控制器)输入点问题进行了探讨。通过分析传统硬件调试存在的挑战和现有虚拟调试技术的局限,提出了融合硬件设计与虚拟调试技术,通过信号地址映射或硬件信号中转解决了虚拟传感信号映射问题,为解决硬件在环调试中的技术挑战提供了新思路和方法,具有一定实用价值和推广意义。

基于硬件在环的双挂汽车列车高速横向稳定性控制研究

针对双挂汽车列车在高速超车工况的横向失稳、挂车折叠和甩尾等危险情况,提出了一种基于模糊比例、积分、微分(Proportion、Integral、Differential,PID)控制的直接横摆力矩差动制动控制策略,分别以双挂汽车列车TruckSim非线性模型与四自由度线性模型的质心侧偏角、横摆角速度的偏差及其偏差变化率为目标,设计了2种差动制动的横向稳定性控制策略,分别为仅牵引车控制的单控模式和牵引车加挂车都控制的多控模式,通过MATLAB/Simulink软件和TruckSim软件联合仿真以及硬件在环(Hardware-in-the-Loop,HIL)平台对控制策略的有效性进行仿真验证。结果表明:在高速超车工况下,相较于无控制车辆和单控模式车辆,多控模式车辆的横向稳定性控制系统更能降低车辆的质心侧偏角、横摆角速度、铰接角和车辆后部放大(Rearward Amplification,RWA)系数,在改善双挂汽车列车横向稳定性方面优势明显。

基于硬件在环的有限转角力矩电机控制系统仿真平台开发

针对有限转角力矩电机的控制系统进行了仿真平台的开发,通过对电机简化的物理模型建模和控制器设计,搭建了有限转角力矩电机的Simulink模型,并采用双闭环反馈PID控制器进行控制。对硬件在环仿真系统的结构和配置进行了详细介绍,包括实时仿真上位机、仿真机箱、处理器板卡和电机控制板卡。设计并开展了基于硬件在环的有限转角力矩电机控制实验。实验结果表明,该控制系统具有良好的稳态和动态响应特性。

基于5G-V2X车路云协同的硬件在环仿真平台

针对当前智能网联场景测试成本高、安全性差和复杂场景难复现等问题,设计了一种基于5G-V2X车路云协同的硬件在环仿真平台,包括基于SUMO车路仿真平台、OBU车载设备、RSU路侧设备和5G云服务器。SUMO仿真平台中的车与OBU车载设备和RSU路侧设备实时通信。OBU和RSU一方面通过V2X将信息广播发送给周边车和路侧,实现车车与车路协同场景;另一方面通过5G将信息实时上传至云服务器,实现多路口智慧公交优先等车路云协同场景。仿真结果表明,该平台可以很好地完成智能网联场景的测试验证。

发动机控制器硬件在环仿真测试研究

文章基于dSPACE和MATLAB/Simulink平台进行发动机控制器ECU的硬件在环仿真试验,主要包括起动、高低怠速、轨压跟随、喷油等功能测试。通过对多次测试结果进行分析,验证该平台可以对发动机软件进行测试,能够有效加快研发进度。

增程式混合动力系统硬件在环仿真测试研究

文章分析增程式混合动力系统原理结构,基于dSPACE实时仿真系统构建仿真物理模型,主要包括发动机模型、发电机模型、锂电池模型、电机模型、变速器模型、车辆动力学模型等,并连接真实HCU和TCU进行功能联调。经验证可提前发现软件存在Bug,提升软件品质,避免问题产品流向市场。

基于RTDS的高压大容量双向变流器控制器硬件在环仿真研究

城市轨道交通系统中,地铁列车会频繁启停,在启动时会消耗大量电能,而在制动时产生的能量约占牵引能耗的40%。为了充分利用地铁制动能量及稳定直流接触网电压,高压大容量双向变流器得到广泛应用。RTDS (Real-time Digital Simulator)仿真器是功能强大的实时数字仿真装置,通过建立高压大容量变流器的离散仿真模型、与实际控制设备连接形成半实物仿真系统,可实现系统动静态特性的实时模拟,从而大幅提高研发效率。本文建立了高压大容量双向变流器仿真模型,结合实际硬件控制器构建了硬件在环仿真系统,验证了控制器硬件及其搭载控制策略的有效性。

基于RT-LAB的TCU硬件在环测试系统研究

搭建了车辆变速箱电磁阀系统的硬件在环测试平台,为变速器控制单元(TCU)的开发和测试提供技术上支持。该测试平台硬件包括上位机、实时仿真机、负载箱、信号调理箱等,软件包括RT-LAB仿真平台、自动化测试软件、实时仿真模型等。硬件在环测试平台通过CAN信号传递变速器控制单元的输入信号和输出信号,采集电信号的输入转化为数字信号,可用于TCU控制策略的验证测试。硬件在环测试的变速箱速比与实变速箱车速比误差不超过5%,表明该平台可应用于车辆仿真,验证车辆TCU控制策略的可靠性,缩短研发时间,提高开发效率。

基于RT-LAB的柔性直流配电保护系统的硬件在环测试

基于PSCAD/EMTDC等纯数字仿真软件对柔性直流配电保护系统进行的研究不能真实模拟保护装置的响应特性、也不便于保护方案的开发和扩展。鉴于此,通过实时数字仿真器RT-LAB以及保护装置的无缝连接,在国内首次搭建出基于深圳典型四端柔性直流配电网的硬件在环测试平台。该平台采用独有的e HS技术解决了实时模拟高频直流变压器的难题,可显著提升测试的时效性和实用性,具有较高的置信度。利用该平台对柔性直流配电网的三种典型故障进行了硬件在环故障测试,验证了所配置保护策略的性能。结果表明:所配置的保护方案功能全、性能好,在故障时动作准确可靠,无死区;实验结果可以直接应用到一次动模实验中,可为柔性直流配电工程的建设研究提供参考。

基于RT-lab的电池硬件在环模拟器研究

随着混合动力汽车和纯电动汽车的发展,能量存储装置对汽车的安全性和可靠性的影响越来越受到重视。电池管理系统(BMS)是提高车辆安全,延长电池寿命,减少能量损耗的关键。如何对BMS的软件和硬件进行开发和验证变得非常重要。使用实际的电池进行相关的研究,会带来极大的不便之处,如实验耗时长、可重复性差、故障注入危险以及难以复现等;而单纯的软件模型不具备实时性也没有硬件的连接,可验证的功能非常有限。为了克服这些困难,使用RT-lab平台针对BMS构建了一个硬件在环测试平台,具有很好的可调性、实时性、灵活性和普适性,可以全面地对BMS进行测试,节省成本和时间。

船用柴油机电控系统硬件在环测试平台设计验证

以船用柴油机为研究对象,以dSPACE为硬件基础,从硬件、软件两方面介绍船用柴油机电控系统硬件在环仿真测试平台的设计构建方法,并开展电控系统的基本控制功能和故障诊断功能在线测试验证。测试结果表明,该平台应用于船用柴油机电控系统硬件在环测试可有效降低开发成本、缩短开发周期。

基于RT-LAB的永磁同步电机硬件在环实时仿真平台的实现

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。