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在交通运输和某些行业的电驱动系统开发中，直接用实际电机系统测试新控制器既困难又昂贵。 因此，需要一个介于离线仿真和实机测试之间的变频-交流电机实时仿真器，与实控器硬件连接，在闭环条件下对实控器进行实时测试。 由于实时仿真系统回路中涉及实际控制器硬件，故称为硬件在环仿真（Hardware-in-the-Loop Simulation）。

虽然在真实系统上进行测试是必不可少的，但是用真机进行极限和失效测试是比较困难的，而实时模拟器可以自由给出各种测试条件来测试被测控制器的性能，所以真实time 模拟器可用作快速控制原型制作（Rapid Control Prototyping）的虚拟试验台，在电机、逆变器、电源和控制器需要同时工作的并行工程中必不可少。

图1 电源-滤波器-逆变器-交流电机系统

由于目前数字计算机处理速度的限制，无法实现亚微秒级物理模型的实时仿真，需要对逆变器的开关过程进行理想化处理，因此引入了离散事件系统。 离散事件逆变器子系统与连续时间电机子系统耦合，使变流器-电机实时模拟器成为一个可变因果和变结构系统。 变量因果关系是指在离散切换事件发生前后，描述连续时间电机子系统的动态方程的输入变量和输出变量会发生位置变化； 变结构是指在仿真过程中，离散的开关事件触发状态转换逆变器仿真，导致连续系统结构发生变化。 因此，需要不断调整和初始化动力学方程[1]。

框图建模工具Simulink是控制工程仿真的行业标准，但Simulink本质上是一种赋值运算，其框图所描述的系统是因果关系。 为了应用Simulink建模工具，变流器-电机实时仿真系统应解耦为两个独立的子系统，以消除因果关系和结构变量的问题。

作为函数建模方法之一，开关函数可用于确定变换器开关器件的电压和电流波形计算，用于系统优化设计。 它已成功应用于变流器的离线仿真[2-3]。 本文应用文献[2]

根据开关函数描述法，利用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数，建立逆变器的Simulink模型。 该模型不仅可以在实时仿真系统中实现逆变器与电机模型的解耦，还可以确定逆变器设置的开关死区时间，防止同一桥臂的开关管通过。 本文还将给出基于dSPACE实时环境的变频-异步电机控制系统实时仿真的实现方法和结果。

图2 逆变器系统Simulink框图