三相交流电机及其负载的模拟方法及装置

1.一种三相交流电机及其负载的模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将电机模拟器和电机驱动器的直流端口分别与直流电源相连接，所述电机模拟器包括三相电感滤波器、三相逆变器和模拟侧控制器，将电机驱动器的三相输出端口与三相电感滤波器的一端连接，将三相逆变器的三相端口与三相电感滤波器的另一端连接；在模拟侧控制器中输入模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、负载转矩模型和滤波电路参数；利用电压传感器采集电机驱动器的三相输出端口电压U 1a 、U 1b 和U 1c ，利用电流传感器采集电机模拟器的主电路三相电流i a 、i b 和i c ；将电机驱动器的三相输出端口电压U 1a 、U 1b 和U 1c 以及电机模拟器的主电路三相电流i a 、i b 和i c 输入至模拟侧控制器，通过模拟侧控制器将U 1a 、U 1b 和U 1c 进行派克变换从而得到电机驱动器的三相输出端口电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 1d 和q轴分量U 1q ，通过模拟侧控制器将i a 、i b 和i c 进行派克变换从而得到电机模拟器的主电路三相电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 和q轴分量i q ；在模拟侧控制器中，根据模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、滤波电路参数、U 1d 、U 1q 、i d 和i q 建立模拟目标电机数学模型和电机模拟器电路数学模型，并基于上述两模型计算电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q ；将U 2d 和U 2q 输入到PWM模块从而产生开关信号，将开关信号输入至三相逆变器，使得电机模拟器的端口电压电流特性与模拟目标电机的端口电压电流特性一致；在模拟侧控制器中，根据模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、负载转矩模型中的负载转矩、i d 和i q 建立模拟目标电机的转矩方程和运动方程，计算得到模拟目标电机的电角度信息，通过位置传感器模拟模块将模拟目标电机的电角度信息转换为位置传感器模拟信号，并将位置传感器模拟信号输出至电机驱动器，以实现电机驱动器对模拟目标电机的实时控制；当模拟目标电机为永磁同步电机时，电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q 的计算公式分别为：式中，模拟目标电机参数包括L d 、L q 、Rs、ω e 和Ψ f ，滤波电路参数包括L f 和R f ；L d 、L q 分别为模拟目标电机的d轴电感与q轴电感，Rs为模拟目标电机的定子每相绕组电阻值；L f 、R f 分别为三相电感滤波器的每相电感值和每相电阻值；ω e 为电机模拟器的端口电流角频率；Ψ f 为永磁体产生的磁链；当模拟目标电机为鼠笼式异步电机时，当选取模拟目标电机的机械角速度ω、电机模拟器的主电路三相电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 和q轴分量i q 、转子d轴磁链Ψ rd 以及转子q轴磁链Ψ rq 为状态变量时，电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q 的计算公式分别为：式中，模拟目标电机参数包括L m 、L s 、L r 、Rs、Rr、σ、ω e 、ω、Ψ rd 、Ψ rq 、Tr，滤波电路参数包括L f 和R f ；L f 、R f 分别为三相电感滤波器的每相电感值和每相电阻值；Rs和Rr分别为模拟目标电机的定子和转子每相绕组电阻值；ω和ω e 分别为模拟目标电机的机械角速度和电机模拟器的端口电流角频率；ω 1 为旋转坐标系dq相对于定子的旋转角速度；σ为漏磁系数，其计算公式为L m 、L s 、L r 分别为模拟目标电机的定转子互感、定子自感和转子自感；Tr为转子电磁时间常数，其计算公式为Ψ rd 为转子d轴磁链，Ψ rq 为转子q轴磁链，t为时间，其计算公式为当模拟目标电机为永磁同步电机时，模拟目标电机的运动方程为式中，模拟目标电机参数包括J、ω m 、B和T e ，J、ω m 、B、T e 、T L 分别为模拟目标电机的转子转动惯量、转子转速、转动粘质系数、电磁转矩、负载转矩，t为时间；模拟目标电机的转矩方程为：式中，模拟目标电机参数包括p、T e 、Ψ f 、L d 和L q ，Ψ f 为永磁体产生的磁链，p为电机的极对数，T e 为模拟目标电机的电磁转矩，L d 、L q 分别为模拟目标电机的d轴电感与q轴电感；当模拟目标电机为鼠笼式异步电机时，模拟目标电机的运动方程为式中，模拟目标电机参数包括J、ω m 、p和T e ，J、ω m 、p、T e 、T L 分别为模拟目标电机的转子转动惯量、转子转速、电机极对数、电磁转矩、负载转矩，t为时间；模拟目标电机的转矩方程为式中，模拟目标电机参数包括p、T e 、Ψ rd 、Ψ rq 、L m 和L r ，Ψ rd 为转子d轴磁链，Ψ rq 为转子q轴磁链，p为电机极对数，T e 为模拟目标电机的电磁转矩，L m 、L r 分别为模拟目标电机的定转子互感、转子自感。 2.根据权利要求1所述的三相交流电机及其负载的模拟方法，其特征在于，所述三相逆变器为两电平三相全桥逆变器、三相多级开关逆变器或者三相多电平逆变器。 3.根据权利要求1所述的三相交流电机及其负载的模拟方法，其特征在于，PWM模块为正弦脉宽调制模块、空间矢量调制模块或者移相脉宽调制模块。 4.一种三相交流电机及其负载的模拟装置，其特征在于，所述装置包括：连接模块：用于将电机模拟器和电机驱动器的直流端口分别与直流电源相连接，所述电机模拟器包括三相电感滤波器、三相逆变器和模拟侧控制器，将电机驱动器的三相输出端口与三相电感滤波器的一端连接，将三相逆变器的三相端口与三相电感滤波器的另一端连接；输入模块：用于在模拟侧控制器中输入模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、负载转矩模型和滤波电路参数；采集模块：用于利用电压传感器采集电机驱动器的三相输出端口电压U 1a 、U 1b 和U 1c ，利用电流传感器采集电机模拟器的主电路三相电流i a 、i b 和i c ；派克变换模块：用于将电机驱动器的三相输出端口电压U 1a 、U 1b 和U 1c 以及电机模拟器的主电路三相电流i a 、i b 和i c 输入至模拟侧控制器，通过模拟侧控制器将U 1a 、U 1b 和U 1c 进行派克变换从而得到电机驱动器的三相输出端口电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 1d 和q轴分量U 1q ，通过模拟侧控制器将i a 、i b 和i c 进行派克变换从而得到电机模拟器的主电路三相电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 和q轴分量i q ；建模模块：用于在模拟侧控制器中，根据模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、滤波电路参数、U 1d 、U 1q 、i d 和i q 建立模拟目标电机数学模型和电机模拟器电路数学模型，并基于上述两模型计算电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q ；开关信号模块：用于将U 2d 和U 2q 输入到PWM模块从而产生开关信号，将开关信号输入至三相逆变器，使得电机模拟器的端口电压电流特性与模拟目标电机的端口电压电流特性一致；实时控制模块：用于在模拟侧控制器中，根据模拟目标电机类型、模拟目标电机参数、负载转矩模型中的负载转矩、i d 和i q 建立模拟目标电机的转矩方程和运动方程，计算得到模拟目标电机的电角度信息，通过位置传感器模拟模块将模拟目标电机的电角度信息转换为位置传感器模拟信号，并将位置传感器模拟信号输出至电机驱动器，以实现电机驱动器对模拟目标电机的实时控制；其中，当模拟目标电机为永磁同步电机时，电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q 的计算公式分别为：式中，模拟目标电机参数包括L d 、L q 、Rs、ω e 和Ψ f ，滤波电路参数包括L f 和R f ；L d 、L q 分别为模拟目标电机的d轴电感与q轴电感，Rs为模拟目标电机的定子每相绕组电阻值；L f 、R f 分别为三相电感滤波器的每相电感值和每相电阻值；ω e 为电机模拟器的端口电流角频率；Ψ f 为永磁体产生的磁链；当模拟目标电机为鼠笼式异步电机时，当选取模拟目标电机的机械角速度ω、电机模拟器的主电路三相电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 和q轴分量i q 、转子d轴磁链Ψ rd 以及转子q轴磁链Ψ rq 为状态变量时，电机模拟器的三相端口输出模拟电压在两相旋转坐标系下的d轴分量U 2d 与q轴分量U 2q 的计算公式分别为：式中，模拟目标电机参数包括L m 、L s 、L r 、Rs、Rr、σ、ω e 、ω、Ψ rd 、Ψ rq 、Tr，滤波电路参数包括L f 和R f ；L f 、R f 分别为三相电感滤波器的每相电感值和每相电阻值；Rs和Rr分别为模拟目标电机的定子和转子每相绕组电阻值；ω和ω e 分别为模拟目标电机的机械角速度和电机模拟器的端口电流角频率；ω 1 为旋转坐标系dq相对于定子的旋转角速度；σ为漏磁系数，其计算公式为L m 、L s 、L r 分别为模拟目标电机的定转子互感、定子自感和转子自感；Tr为转子电磁时间常数，其计算公式为Ψ rd 为转子d轴磁链，Ψ rq 为转子q轴磁链，t为时间，其计算公式为当模拟目标电机为永磁同步电机时，模拟目标电机的运动方程为式中，模拟目标电机参数包括J、ω m 、B和T e ，J、ω m 、B、T e 、T L 分别为模拟目标电机的转子转动惯量、转子转速、转动粘质系数、电磁转矩、负载转矩，t为时间；模拟目标电机的转矩方程为：式中，模拟目标电机参数包括p、T e 、Ψ f 、L d 和L q ，Ψ f 为永磁体产生的磁链，p为电机的极对数，T e 为模拟目标电机的电磁转矩，L d 、L q 分别为模拟目标电机的d轴电感与q轴电感；当模拟目标电机为鼠笼式异步电机时，模拟目标电机的运动方程为式中，模拟目标电机参数包括J、ω m 、p和T e ，J、ω m 、p、T e 、T L 分别为模拟目标电机的转子转动惯量、转子转速、电机极对数、电磁转矩、负载转矩，t为时间；模拟目标电机的转矩方程为式中，模拟目标电机参数包括p、T e 、Ψ rd 、Ψ rq 、L m 和L r ，Ψ rd 为转子d轴磁链，Ψ rq 为转子q轴磁链，p为电机极对数，T e 为模拟目标电机的电磁转矩，L m 、L r 分别为模拟目标电机的定转子互感、转子自感。 5.一种三相交流电机及其负载的模拟装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～3任一项所述方法的步骤。 6.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～3任一项所述方法的步骤。