永磁同步电机硬件在环仿真方法及装置、存储介质和终端

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机硬件在环仿真方法及装置、存储介质和终端，其中方法包括不少于两个的仿真周期；每个仿真周期包括如下步骤：根据获取的当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和永磁同步电机三相的相电流方向信息在查询当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压；根据当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压查询当前仿真周期永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，并计算对应的电压角度值；根据电压角度值查询对应的正弦值和余弦值，并计算当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；同时获取其它仿真数据。本发明有效减少实时仿真情况下软件延时造成的仿真失真，能够将电机模型解算结果更新速度提高至少一个数量级。

权利要求

1.一种永磁同步电机硬件在环仿真方法，包括：不少于两个仿真周期；

其中，每个所述仿真周期包括如下步骤：获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息；

根据当前仿真周期所述永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压；

根据当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，并根据当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量计算当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值；

根据当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据所述正弦值和所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；

根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述正弦值和所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压包括：根据如下式子计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压：ud(n)＝uscosθ2(n)

uq(n)＝ussinθ2(n)

其中，us表示所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压幅值，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，cosθ2(n)表示所述余弦值，sinθ2(n)表示所述正弦值，θ2(n)表示当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流包括：根据如下电流迭代算法计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流：其中，id(n+1)和iq(n+1)分别表示下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，id(n)和iq(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，T表示采样周期，Ld和Lq分别表示所述永磁同步电机的d轴和q轴的电感，Rs表示所述永磁同步电机中的定子的电阻，ωe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的电角速度，ψf表示所述永磁同步电机的永磁体磁链值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度包括：基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩；

基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩和上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的角速度，并根据所述永磁同步电机的机械能迭代算法计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度；

基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度和当前仿真周期所述永磁同步电机转子的电角速度，并根据所述永磁同步电机的角度迭代算法计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩步骤包括：

根据如下式子计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩：其中，Te(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，pn表示所述永磁同步电机的极对数，ψf表示永磁同步电机的永磁体磁链值，id(n)和iq(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，Ld和Lq分别表示永磁同步电机的d轴电感和q轴电感。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩和上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的角速度，并根据所述永磁同步电机的机械能迭代算法计算下一时刻所述永磁同步电机的角速度步骤包括：根据如下机械能迭代式子计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度：其中，ωr(n+1)表示下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，ωr(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，J表示所述永磁同步电机转子的总转动惯量，TL(n)表示所述永磁同步电机的负载转矩，pn表示所述永磁同步电机的极对数，Te(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，T表示采样周期。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度和当前仿真周期所述永磁同步电机转子的电角速度，并根据所述永磁同步电机的角度迭代算法计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度步骤包括：

根据如下角度迭代式子计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度：θe(n+1)＝θe(n)+Tωe(n)其中，θe(n+1)表示下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度，θe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度，ωe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的电角速度，T表示采样周期。

8.一种永磁同步电机硬件在环仿真装置，其特征在于，包括依次连接的基本量获取模块、桥臂状态信息获取模块、电压角度值获取模块、d轴电压和q轴电压获取模块以及其它仿真量获取模块；

所述基本量获取模块，用于获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息；

所述桥臂状态信息获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压；

所述电压角度值获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，将当前仿真周期永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量中的角度减去当前仿真周期永磁同步电机的电角度，得到当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值；

所述d轴电压和q轴电压获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据所述正弦值和所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；

所述其它仿真量获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度。

9.一种存储介质，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至7中任一项永磁同步电机硬件在环实时仿真方法。

10.一种终端，其特征在于，包括：处理器以及存储器，所述存储器与所述处理器之间通信连接；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至7中任一项永磁同步电机硬件在环实时仿真方法。

说明书

永磁同步电机硬件在环仿真方法及装置、存储介质和终端

技术领域

[0001] 本发明涉及电机硬件在环实时仿真技术，尤其涉及一种有效提高三相永磁同步电机硬件在环仿真速度的方法及装置、存储介质和终端。

背景技术

[0002] 硬件在环实时仿真技术充分利用了硬件系统的特性对实际系统进行模拟仿真，比如离线数字仿真更加接近真实系统效果，而且有助于技术的研发，有效降低新技术开发成
本。目前硬件在环实时仿真技术已在航空航天、军事国防和汽车电力等领域得到较广泛的
应用。

[0003] 其中模型仿真精度是制约实时仿真技术发展的一种关键因素。对于电机实时模型而言，提高模型精度则代表运算速度的降低，进而导致仿真的实时性变差；但如果将精度降
低，实时仿真技术和实际系统相比则会有很大误差或者严重失真，仿真失去了本来的意义。

[0004] 同时现有电机硬件在环实时仿真技术的模型解算速度普遍处在几微秒到几十微秒之间。这意味着电机实时仿真技术至少存在几微秒到几十微秒时间延时，对于信号级别
而言这种延时不会有很大的影响；但是对于功率级别而言，模型解算延时，再加上硬件本身
存在的响应延时，总延时很可能造成功率部分模拟失真或者无法模拟仿真，进而难以满足
对实时要求较高的场所。永磁同步电机即为电机的一种，在进行电机硬件在环实时仿真方
法中同样存在上述问题。

[0005] 因此亟需一种在保证模型仿真精度前提下，加快模型解算速度的电机硬件在环实时仿真方法。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是现有的永磁同步电机硬件在环实时仿真过程中，至少存在几微秒到几十微秒时间延时，很可能造成功率部分模拟失真或者无法模拟仿真，进
而难以满足对实时要求较高的场所。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种永磁同步电机硬件在环仿真方法包括：不少于两个仿真周期；

[0008] 其中，每个所述仿真周期包括如下步骤：

[0009] 获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息；

[0010] 根据当前仿真周期所述永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机三
相的相电压；

[0011] 根据当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，并根据当前仿真周期所述永
磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量计算当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标
系下的电压角度值；

[0012] 根据当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据所述正弦值和所述余弦值计算当前仿真周期所
述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；

[0013] 根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，并基
于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角
速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度。

[0014] 优选地，根据所述正弦值和所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压包括：

[0015] 根据如下式子计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压：

[0016] ud(n)＝uscosθ2(n)

[0017] uq(n)＝ussinθ2(n)

[0018] 其中，us表示所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压幅值，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，cosθ2(n)表示所述余弦值，sinθ2
(n)表示所述正弦值。

[0019] 优选地，根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流包括：

[0020] 根据如下电流迭代算法计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流：

[0021]

[0022] 其中，id(n+1)和iq(n+1)分别表示下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴出电流，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，id
(n)和iq(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，T表示采样周期，Ld
和Lq分别表示所述永磁同步电机的d轴和q轴的电感，Rs表示所述永磁同步电机中的定子的
电阻，ωe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机电的角速度，ψf表示所述永磁同步电机的
永磁体磁链值。

[0023] 优选地，获取当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周
期所述永磁同步电机的角度包括：

[0024] 基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩；

[0025] 基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩和上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的角速度，并根据所述永磁同步电机的机械能迭代算法计算下一仿真
周期所述永磁同步电机转子的角速度；

[0026] 基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度和当前仿真周期所述永磁同步电机转子的电角速度，并根据所述永磁同步电机的角度迭代算法计算
下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度。

[0027] 优选地，基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩步骤包括：

[0028] 根据如下式子计算当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩：

[0029]

[0030] 其中，Te(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，pn表示所述永磁同步电机的极对数，ψf表示永磁同步电机的永磁体磁链值，id(n)和iq(n)表示当前仿真周期所述永
磁同步电机的d轴电流和q轴电流，Ld和Lq分别表示永磁同步电机d轴和q轴的电感。

[0031] 优选地，基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩和上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机的角速度，并根据所述永磁同步电机的机械能迭代算法计算下
一时刻所述永磁同步电机的角速度步骤包括：

[0032] 根据如下机械能迭代式子计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度：

[0033]

[0034] 其中，ωr(n+1)表示下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，ωr(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角速度，J表示所述永磁同步电机转子的总转动惯量，
TL(n)表示所述永磁同步电机的负载转矩，pn表示所述永磁同步电机的极对数，Te(n)表示当
前仿真周期所述永磁同步电机的转矩，T表示采样周期。

[0035] 优选地，基于上一仿真周期获取的当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度和当前仿真周期所述永磁同步电机转子的电角速度，并根据所述永磁同步电机的角度迭代算
法计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度步骤包括：

[0036] 根据如下角度迭代式子计算下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度：

[0037] θe(n+1)＝θe(n)+Tωe(n)

[0038] 其中，θe(n+1)表示下一仿真周期所述永磁同步电机转子的角度，θe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的角度，ωe(n)表示当前仿真周期所述永磁同步电机转子的
电角速度，T表示采样周期。

[0039] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种永磁同步电机硬件在环仿真装置，包括依次连接的基本量获取模块、桥臂状态信息获取模块、电压角度值获取模块、d轴电压
和q轴电压获取模块以及其它仿真量获取模块；

[0040] 所述基本量获取模块，用于获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息；

[0041] 所述桥臂状态信息获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当
前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压；

[0042] 所述电压角度值获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢
量，并根据当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量计算当前仿真周期
所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值；

[0043] 所述d轴电压和q轴电压获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据所述正弦
值和所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；

[0044] 所述其它仿真量获取模块，用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期
所述永磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周
期所述永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度。

[0045] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现永磁同步电机硬件在环实时仿真方法。

[0046] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种终端，包括：处理器以及存储器，所述存储器与所述处理器之间通信连接；

[0047] 所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行永磁同步电机硬件在环实时仿真方法。

[0048] 与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

[0049] 应用本发明实施例提供的永磁同步电机硬件在环实时仿真方法，通过在硬件在环实时仿真方法中将复杂的计算过程用查表方式进行代替，有效减少实时仿真情况下软件延
时造成的仿真失真，能够将电机模型解算结果更新速度提高至少一个数量级。且通过查表
法进行模型解算可以有效避免由于计算过程发生失误导致的模型奔溃，有效提高了了硬件
仿真模型的鲁棒性。同时查表法对硬件性能的要求较低，可以使用较低成本的高速信号处
理单与达到较高的模型仿真性能；因此可以在达到指定电机硬件在环仿真性能的前提下，
有效降低电机硬件在环仿真系统的成本。

[0050] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要
求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0051] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0052] 图1示出了本发明实施例一永磁同步电机硬件在环实时仿真方法中一个仿真周期的流程示意图；

[0053] 图2示出了本发明实施例二永磁同步电机硬件在环实时仿真装置结构示意图；

[0054] 图3示出了本发明实施例四终端结构示意图。

具体实施方式

[0055] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明
的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，
所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

[0056] 现有电机硬件在环实时仿真技术的模型解算速度普遍处在几微秒到几十微秒之间。这意味着电机实时仿真技术至少存在几微秒到几十微秒时间延时，对于信号级别而言
这种延时不会有很大的影响；但是对于功率级别而言，模型解算延时，再加上硬件本身存在
的响应延时，总延时很可能造成功率部分模拟失真或者无法模拟仿真，进而难以满足对实
时要求较高的场所。永磁同步电机即为电机的一种，在进行电机硬件在环实时仿真方法中
同样存在上述问题。

[0057] 实施例一

[0058] 为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种永磁同步电机硬件在环实时仿真方法。

[0059] 图1示出了本发明实施例一永磁同步电机硬件在环实时仿真方法的流程示意图；在整个永磁同步电机硬件在环实时仿真过程中其实包括多个永磁同步电机硬件在环实时
仿真周期，每个周期均包括如下所有步骤。因此参考图1所示，本发明实施例永磁同步电机
硬件在环实时仿真方法的一个仿真周期包括如下步骤。

[0060] 步骤S101，获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和永磁同步电机三相的相电流方向信息。

[0061] 具体在永磁同步电机硬件在环实时仿真过程的每个周期开始时，均需要获取当前永磁同步电机中的逆变器的三个桥臂的电压以及永磁同步电机三相的相电流方向信息。进
一步地，逆变器的三个桥臂电压分别包括每条桥臂的上桥臂电压和下桥臂电压；永磁同步
电机三相的相电路方向信息均包括流入电流和流出电流。同时需要说明的是，该步骤中的
获取过程可以由设置的程序直接提取。

[0062] 步骤S102，根据当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当前仿真周期永磁同步电机三相的
相电压。

[0063] 具体地，桥臂状态信息表包括逆变器单条桥臂的上桥臂电压和下桥臂电压、永磁同步电机三相的相电流方向信息、以及永磁同步电机逆变器桥臂的故障信息。如下表格1为
桥臂状态信息表。

[0064] 表1桥臂状态信息表

[0065]S1 1 1 0 0 1 1 0 0
S2 1 0 1 0 1 0 1 0
cur 1 1 1 1 ‑1 ‑1 ‑1 ‑1
相电压 X 1 0 0 X 1 0 1
故障 1 0 0 0 1 0 0 0

[0066] 参考表1所示，表中桥臂状态信息表中的S1表示上桥臂电压，S2表示下桥臂电压，S1和S2对应的1表示电压为母线电压(相对于母线负极，且不考虑IGBT和二极管的导通压
降)，S1和S2对应的0表示无电压；cur表示永磁同步电机三相的相电流方向，其中1表示有流
入电流，‑1表示有流出电流；相电压是相对于母线负极的电压，其中相电压对应的1表示有
电压，0表示无电压，X代表短路；故障信息对应的1代表有故障，0代表无故障。基于步骤S101
中获取的三个桥臂的电压和永磁同步电机三相的相电流方向分别在桥臂状态信息表中查
询当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压和故障信息。当前仿真周期永磁同步电机三相
的相电压通过查表的形式获取，因为查表所用时间小于计算所用时间，因此该步骤在一个
永磁同步电机硬件在环实时仿真方法的周期内大大减少了获取逆变器每条桥臂状态信息
所用时间。

[0067] 步骤S103，根据当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，并根据当前仿真周期永磁同
步电机在静止坐标系下的电压矢量计算当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电
压角度值。

[0068] 具体地，在获取当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压后，还需根据当前仿真周期永磁同步电机三相的相电压将三相坐标系转换为静止坐标系。具体坐标的转化也采用
查表方式。如下表格2为静止坐标系变换表。

[0069] 表2静止坐标系变换表

[0070]a 0 0 0 0 1 1 1 1
b 0 0 1 1 0 0 1 1
c 0 1 0 1 0 1 0 1
幅值 0 2/3 2/3 2/3 2/3 2/3 2/3 0
角度 0 240 120 180 0 300 60 0

[0071] 参考表2所示，表中a表示当前仿真周期永磁同步电机a相的相电压值，b表示当前仿真周期永磁同步电机b相的相电压值，c表示当前仿真周期永磁同步电机c相的相电压值；
幅值和角度表示永磁同步电机在旋转坐标系下的电压矢量。基于步骤S102中获取的当前仿
真周期永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询查询当前仿真周期永磁同
步电机在静止坐标系下的电压矢量，将当前仿真周期永磁同步电机在静止坐标系下的电压
矢量中的角度减去当前仿真周期永磁同步电机的电角速度，得到当前仿真周期永磁同步电
机在旋转坐标系下的电压角度值。具体当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压
角度值可通过如下式子获取：

[0072] θ2(n)＝θ1(n)‑θe(n)   (1)

[0073] 其中，θ1(n)表示当前仿真周期永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量角度，θe(n)表示当前仿真周期永磁同步电机的转子电角度，θ2(n)表示当前仿真周期永磁同步电机
在旋转坐标系下的电压角度值。

[0074] 步骤S104，根据当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据正弦值和余弦值计算当前仿真周期永磁同
步电机的d轴电压和q轴电压。

[0075] 具体地，事先将基于旋转坐标系下的角度值离散为4096个点，并分别计算每个离散点对应的正弦值和余弦值，并将所有离散点以及相对应的正弦值和余弦值构建成正余弦
变化表。由于正余弦变化表数据太多，在此不对该表格进行显示。根据步骤S104中获取的当
前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正
弦值和余弦值。并基于查询到且对应的正弦值和余弦值计算当前仿真周期永磁同步电机的
d轴电压和q轴电压。具体当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压可通过如下式子
(2)计算得到：

[0076]

[0077] 其中，us表示永磁同步电机在静止坐标系下的电压幅值，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，cosθ2(n)表示查询到的余弦值，sinθ2(n)表
示查询到的正弦值。

[0078] 步骤S105，根据当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期永磁同步电机的转矩，并基于当
前仿真周期永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期永磁同步电机转子的角速度，计算下一
仿真周期永磁同步电机的角度。

[0079] 首先，基于当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压、上一仿真周期获取的当前仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算以及当前仿真周期永磁同步电机
电的角速度，并根据电流迭代算法计算下一仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流。

[0080] 具体可根据如下式子(3)计算下一仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流：

[0081]

[0082] 其中，id(n+1)和iq(n+1)分别表示下一仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴出电流，ud(n)和uq(n)分别表示当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压，id(n)和iq
(n)表示当前仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，T表示采样周期，Ld和Lq分别表示
永磁同步电机的d轴和q轴的电感，Rs表示永磁同步电机中的定子的电阻，ωe(n)表示当前仿
真周期永磁同步电机电的角速度，ψf表示永磁同步电机的永磁体磁链值。

[0083] 并基于上一仿真周期获取的当前仿真周期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流计算当前仿真周期永磁同步电机的转矩。

[0084] 当前仿真周期永磁同步电机的转矩可通过如下式子(4)计算获得：

[0085]

[0086] 其中，Te(n)表示当前仿真周期永磁同步电机的转矩，pn表示永磁同步电机的极对数，ψf表示永磁同步电机的永磁体磁链值，id(n)和iq(n)表示当前仿真周期永磁同步电机的
d轴电流和q轴电流，Ld和Lq分别表示永磁同步电机d轴和q轴的电感。

[0087] 而后基于当前仿真周期永磁同步电机的转矩和上一仿真周期获取的当前仿真周期永磁同步电机的角速度，并根据永磁同步电机的机械能迭代算法计算下一仿真周期永磁
同步电机转子的角速度。

[0088] 下一仿真周期永磁同步电机转子的角速度可通过如下式子(5)计算获得，

[0089]

[0090] 其中，ωr(n+1)表示下一仿真周期永磁同步电机转子的角速度，ωr(n)表示当前仿真周期永磁同步电机转子的角速度，J表示永磁同步电机转子的总转动惯量，TL(n)表示永
磁同步电机的负载转矩，pn表示永磁同步电机的极对数，Te(n)表示当前仿真周期永磁同步
电机的转矩，T表示采样周期。

[0091] 在此基础上还需计算下一仿真周期永磁同步电机转子的角度，以便于进行下一仿真周期的计算。

[0092] 具体基于上一仿真周期获取的当前仿真周期永磁同步电机转子的角度和下一仿真周期永磁同步电机转子的角速度，并根据永磁同步电机的角度迭代算法计算下一仿真周
期永磁同步电机转子的角度。

[0093] 具体下一仿真周期永磁同步电机转子的角度的获取过程包括：

[0094] θe(n+1)＝θe(n)+Tωe(n)           (6)

[0095] 其中，θe(n+1)表示下一仿真周期永磁同步电机转子的角度，θe(n)表示当前仿真周期永磁同步电机转子的角度，ωe(n)表示当前仿真周期永磁同步电机电转子的角速度，T表
示采样周期。

[0096] 需要说明的是，当处于第一仿真周期时，所有上一仿真周期需要计算得到的参数均可通过数据采集得到。

[0097] 根据上述步骤，该仿真周期输出仿真数据包括：当前仿真周期永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值、当前仿真周期永磁同步电机的d轴电压和q轴电压、下一仿真周
期永磁同步电机的d轴电流和q轴电流、当前仿真周期永磁同步电机的转矩、下一仿真周期
永磁同步电机转子的角速度和下一仿真周期永磁同步电机的角度，并根据实际情况进入下
一次仿真周期。

[0098] 本发明实施例提供的永磁同步电机硬件在环实时仿真方法，通过在硬件在环实时仿真方法中将复杂的计算过程用查表方式进行代替，有效减少实时仿真情况下软件延时造
成的仿真失真，能够将电机模型解算结果更新速度提高至少一个数量级。且通过查表法进
行模型解算可以有效避免由于计算过程发生失误导致的模型奔溃，有效提高了了硬件仿真
模型的鲁棒性。同时查表法对硬件性能的要求较低，可以使用较低成本的高速信号处理单
与达到较高的模型仿真性能；因此可以在达到指定电机硬件在环仿真性能的前提下，有效
降低电机硬件在环仿真系统的成本。

[0099] 实施例二

[0100] 为解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种永磁同步电机硬件在环仿真装置。

[0101] 图2示出了本发明实施例二永磁同步电机硬件在环实时仿真装置结构示意图；参考图2所示，本发明实施例永磁同步电机硬件在环仿真装置包括依次连接的基本量获取模
块、桥臂状态信息获取模块、电压角度值获取模块、d轴电压和q轴电压获取模块以及其它仿
真量获取模块。

[0102] 基本量获取模块用于获取当前仿真周期永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息。

[0103] 桥臂状态信息获取模块用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机中逆变器三个桥臂的电压和所述永磁同步电机三相的相电流方向信息在桥臂状态信息表中查询当前仿
真周期所述永磁同步电机三相的相电压。

[0104] 电压角度值获取模块用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机三相的相电压在静止坐标系变换表中查询当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量，并
根据当前仿真周期所述永磁同步电机在静止坐标系下的电压矢量计算当前仿真周期所述
永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值。

[0105] d轴电压和q轴电压获取模块用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机在旋转坐标系下的电压角度值在正余弦变化表中查询对应的正弦值和余弦值，并根据所述正弦值和
所述余弦值计算当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压。

[0106] 其它仿真量获取模块用于根据当前仿真周期所述永磁同步电机的d轴电压和q轴电压计算下一仿真周期所述永磁同步电机的d轴电流和q轴电流，获取当前仿真周期所述永
磁同步电机的转矩，并基于当前仿真周期所述永磁同步电机的转矩计算下一仿真周期所述
永磁同步电机转子的角速度，计算下一仿真周期所述永磁同步电机的角度。

[0107] 本发明实施例提供的永磁同步电机硬件在环仿真装置，通过在硬件在环实时仿真方法中将复杂的计算过程用查表方式进行代替，有效减少实时仿真情况下软件延时造成的
仿真失真，能够将电机模型解算结果更新速度提高至少一个数量级。且通过查表法进行模
型解算可以有效避免由于计算过程发生失误导致的模型奔溃，有效提高了了硬件仿真模型
的鲁棒性。同时查表法对硬件性能的要求较低，可以使用较低成本的高速信号处理单与达
到较高的模型仿真性能；因此可以在达到指定电机硬件在环仿真性能的前提下，有效降低
电机硬件在环仿真系统的成本。

[0108] 实施例三

[0109] 为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时可实现实施例一中永磁同步电机硬件
在环仿真方法中的所有步骤。

[0110] 永磁同步电机硬件在环仿真方法的具体步骤以及应用本发明实施例提供的可读存储介质获取的有益效果均与实施例一相同，在此不在对其进行赘述。

[0111] 需要说明的是：存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0112] 实施例四

[0113] 为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例还提供了一种终端。

[0114] 图3示出了本发明实施例四终端的结构示意图，参照图3，本实施例终端包括相互连接的处理器及存储器；存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算
机程序，以使终端执行时可实现实施例一永磁同步电机硬件在环仿真方法中的所有步骤。

[0115] 永磁同步电机硬件在环仿真方法的具体步骤以及应用本发明实施例提供的终端获取的有益效果均与实施例一相同，在此不在对其进行赘述。

[0116] 需要说明的是，存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non‑volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
同理处理器也可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、
网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal 
Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称
ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程
逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

[0117] 虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本
发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，
但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。