含高比例新能源与电力电子的电力系统稳定性！老牌SCI期刊IET GTD专刊火热征稿
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2024年教育部产学合作协同育人项目，商飞科技第一批项目申报指南。
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测控一体化系统拓扑
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RTUI | 功率级快速原型控制器（仿真机）的上位机 |
RTC | 功率级快速原型控制器 |
SA | 信号转接与放大系统 |
GPPC | General-Purpose Power Converter通用型功率变换器 |
BAT | 电池模拟器 |
M | 被测电机 |
Climatic Chamber | 环境仓 |
TS | 扭矩（含转速）传感器 |
SSAS | Synchronous signal acquisition system同步信号采集系统 |
Smart UI | 测试系统中控软件 |
Dynamometer | 测功机系统 |
适用电机系统
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新能源驱动电机系统测控台
高速电机系统测控台（科研台架）
低速大扭矩电机系统测控台
“测”与“控”的关系
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电机系统实验项目（以新能源电驱系统为例）
GB/T 18488-20XX驱动电机系统检验项目
电机控制系统算法开发（以高速PMSM为例）
01
高速PMSM的控制：载波周期内的控制
电压方程如下：
电流环传递函数（上述方程组的右侧各自第一项，即不考虑交直轴耦合及反电势的影响下），Ki、Kp 即电流环的积分和比例系数：
由于磁链空间矢量大致等效为电压空间矢量的积分：
所以三相的磁链方程如下：
如上述方程组，在计算SVPWM时，其六扇区内的基准圆就是以磁链半径来勾勒的。
程序模块如下：
关键参数，如下所示：
02
高速PMSM的控制：弱磁控制
下图是高速PMSM（内置式）电感与电流的非线性关系：
Ld、Lq随着iq变化而变化的曲线（标幺值系统下）
Ld、Lq随着id变化而变化的曲线（标幺值系统下）
电压极限椭圆和弱磁示意，如下图所示：
电压极限椭圆和电流极限圆
弱磁”的示意图
下图是其控制系统图：
根据电流和电磁转矩，构造拉格朗日辅助函数：
对id、iq和λ分别求偏导：
可解得：
当然，需要先用牛顿迭代的方式，求解iq于Te：
03
RTC使用中的“优化”
嵌入式系统的组成：
以下是上述程序的一个Simulink自带PID模块，右键使其生成C代码后，就会发现代码量很大，且没有可读性：
以下是S-Function，图中就包含了上述Simulink程序的所有部分，且都使用C语言编写：
测控一体化系统组成
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功率级快速原型控制器
SOC构架，基于Xillinx Zynq XC7Z030-3FBG676E；
处理系统为双核 ARM Cortex A9，主频1GHz，1GB DDR3内存。一个核运行Linux操作系统，用以加载应用程序代码、监督系统执行并管理相关数据；另一个运行轻量级的安全专用操作系统，用以执行客户开发的应用程序级控制代码；
贮存空间，Flash 16MB * 2，Micro SD + eMMC 8GB；
支持基于Simulink或PLECS环境下编写的程序下载与调试（需要配套 ACG SDK），也可支持基于C/C++编写从程序下载与调试（需要配套 CPP SDK）；
具有8路模拟量输入通道，均为差分，16位精度，最高转化速率为2Msps，双ADC内核同步采样。
具有32路PWM数字输出，高精度（4ns）；
具有2组带电气隔离的正交编码器接口（包含于数字输入口）；
具有2路旋转编码器接口；
具有36路用户自定义高速IO口；
数字输入口16路（包括4组正交编码器接口）；
数字输出口16路；
具有16路专用故障输入口；
具有1路紧急停机接口（封锁PWM输出）；
具有1路EtherNet接口，1 Gbps；
具有1路CAN通讯接口，带电气隔离;
资源扩展能力，基于SFP的实时同步链接，高数据带宽（5GHz），最多可扩充 64 份上述的模拟量、数字量和CAN外设。
信号转接与放大系统
带电气隔离的数字PWM输出接口，不少于14路，电压5V，驱动能力20mA；
带电气隔离的数字信号输入DI接口，不少于16路，电压5V；
带电气隔离的数字信号输出DO接口，不少于16路，电压5V，驱动能力20mA；
带电气隔离的增量式编码器输入接口，不少于2组，电压5V，支持差分信号；
带电气隔离的模拟信号输入AI接口不少于16路，-10V ~ 10V，带宽85kHz；
带电气隔离的模拟信号输出AO（支持PWM输入控制）接口不少于8路，0V ~ 10V，带宽85kHz。
通用型功率变换器
可选配核心控制板，基于 TMS320F28377D，具有片外SRAM（256k * 16）和 EEPROM（2048 * 8），同时具备FPGA（EP4CE22F）来充当外设（需选配），6层电路板设计，抗干扰能力强，独立AC220V供电，安全可靠；
驱动电路支持 “AC 40V ~ 380V” 和 “DC 60 ~ 1000V”的宽电压输入，具有单桥臂、H桥、两电平三相、六相等多种由IGBT、SiC等功率器件组成的主回路拓扑，驱动接口开放；
额定输出功率定制 / 定制；
具备电流、电压、温度等采样和信号调理模块，模拟量接口开放；
具备带隔离的输入输出开关量各8路，开关量接口开放；
具备增量式编码器信号接口1组，ABZ接口开放。
具备旋变接口1路；
具有带隔离的RS485通讯接口1路；
具有带隔离的CAN通讯接口1路；
具有过压、过流、过温和模块故障检查电路及相关保护；
可短时间承受2.5倍过载能力（1秒）。
同步数据采集系统
测试系统中控软件
支持自动生成自定义标准的测试报告，Word或者EXCEL版本；支持限制设置：能够自定义设置一级限制值二级限制值，及其触发限值时动作：停机/报警提示、限值设置能够在线更改；
支持采样频率可以任意设置1Hz至最大采样分不同等级；
支持手动存储/自动存储：对稳态数据的保存，可手动保存，亦可选择自动记录功能；
支持实时曲线显示；
可对电机及驱动器做额定工况下做耐久、加载、空载、温升、效率测试；
可对电机及驱动器做峰值工况下做加载、温升、效率测试；
可做空载反电动势测试；
能够采集系统输入电压、电流及功率，被测电机三相电流、电压、功率、功率因数，电机输出转矩、转速及功率、电机效率、控制器系统、系统效率等参数。
台架机械结构
实验室常规布局
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台架使用环境
环境温度：
0℃～40℃
存储环境温度：
-5℃～45℃
环境相对湿度：
≤95% RH；室内无凝露
海拔：
＜1000m
大气压力：
80kPa~106kPa
机械环境：
无显著振动和冲击的场合，实验室周围无强磁场干扰
接地要求：
厂房采用联合接地，接地电阻＜4Ω
地面承载：
≥5T/㎡
适用功率：
800kW
最高转速：
30000rpm
公用系统
供电电源电压：
AC380V±10%，三相五线制；AC220V±10%,单相
供电电源频率：
50Hz±2%。配电容量不小于1000kVA。
压缩空气：
工业级，去水、去油处理，国标3级
冷冻水为集中供水：
水质硬度：大约为300~400mg/L；
压力：≤0.5MPa(进水)；
进回水压差≥0.15MPa；
温度：7~10℃。
商飞科技理念
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供稿：韩 非 | 商飞信息科技（上海）有限公司
编辑：盘玲萍 | 商飞信息科技（上海）有限公司
审核：韩 非 | 商飞信息科技（上海）有限公司
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