基于BorlandC_和PSIM混合编程的仿真研究.pdf

收稿日期 20062092201 胡佑群 男 1979年生 华东交通大学电力与电子工程学院硕士研究生 主要研究方向为电力电子与电力传动 基于BorlandC 和PSI M混合编程的仿真研究 胡佑群 华东交通大学电力与电子工程学院 江西南昌 330013 摘 要 在电力电子仿真中通常使用的仿真软件有Matlab PSI M等 本文介绍一种新的用 BorlandC 和PSI M混合编程方法 来实现在PSI M中使用 DLL模块对逆变并网控制系统进行空 间矢量控制仿真 仿真过程显示其速度较相同参数下的Matlab仿真快 同时其在 DLL文件的程序 经过简单修改可在DSP当中使用 提高了工作效率 关键词 BorlandC PSI M 混合编程 仿真 中图分类号T M301 2 文献标识码A 文章编号1008 7281 2007 04 0014 04 Si mulation Study of Hybrid Programm ing Based on BorlandC and PSI M Hu Youqun Abstract In the field of power electron si mulation Matlab and PSI M are usually used This paper introduces a new method of hybrid programming by BorlandC and PSI M Using dll module in PSI M a contravariant parallel network system controlled by space vector is being simulated The simulation process shows that at the same parameters its si mulating speed is faster thanMatlab and the program ofDLL file can be used in DSP bymodifying some of the variables through thisway thework efficiencywill be enhanced Key words BorlandC PSI M hybrid programming simulation 0 引言 在电力电子仿真混合编程中我们发现使用S 函数或 DLL模块比使用元件库要方便 只要通过 编程将自己的思路用语句的形式表达出来 就能 达到效果 有些文章对其进行了较为详细的说 明 1 2 但对于仿真速度来说 同一模型相同仿 真参数的情况下 采用Matlab比采用PSI M仿真 效率要低得多 从软件本身来说 Matlab软件安 装空间比PSI M软件要大很多 PSI M是针对电力 电子和电机控制的专业仿真软件 能够提供友好 用户界面 具有快速仿真和多功能波形处理等优 点 并包含丰富的控制元件库 为电机驱动系统设 计与控制回路分析提供了强大的仿真开发环境 而BorlandC 作为一种新颖的可视化编程语言 在运行速度 能实现的功能及开发应用程序界面 方面具有强大功能 能够利用它完成各种各样应 用程序的开发 将PSI M仿真软件同BorlandC 结合起来 其仿真效率可以得到很大的提高 且其 操作方面相对于用Matlab与VC 来说也简单得 多 方便得多 本文利用PSI M与Borland C 混 合编程 将空间矢量算法应用于逆变并网控制中 在仿真结构上及要操作的方法上 达到了预期的 效果 且其效率确实优于Matlab 1 PSI M软件中关于混合编程接口 的介绍 在PSI M软件中新建一个模型文件 通过Ele2 ment菜单 可以找到Other选项 在其下面的 Function block项 可以打开一个DLL模块 根据 需要可以选择出有不同输入的DLL模块 如 图1 模块有多种引脚1 3 6 12 20 25 模块附 近带有点的为输入端 输入的信号进入模块以后就被离散化 也就 是被采样 输出也是离散化的 离散化率是由步长 控制的 这个模块的好处就是在于其属性当中只 有两个选项 模块的名称及被调用的DLL文件 名 通过将某个DLL文件名称写入模块的属性当 中即可 注意的是文件名要用全名 包括后缀名 称 此外还有一点是DLL文件要同仿真文件放在 41 防爆电机 EXPLOSI ON PROOF ELECTR I C MACH I NE 2007年第4期 第42卷 总第137期 图1 PSI M中不同DLL模块 同一个目录下 这样是只要在仿真软件中将所需 的连线接上 软件就会调用模块内的DLL文件 相对于Matlab来说 省去了Matlab当中的很多引 擎C函数 编程方面也较Matlab方便得多 我们 只要能生成DLL文件并调用它就可以 而在本 文混合编程仿真中 DLL文件成为最关键的部分 现将这个部分做个较详细的介绍 1 1 PSI M中DLL文件的格式 在PSI M中 DLL文件的执行方式是有一定 格式的 而在市面上又很少找得到这方面的资料 程序框架如下 include declspec dllexport void DllFileName t delt in out double t delt double3in 3out C 程序的代码开始 输入定义 VarInName0 in 0 VarInName 1 in 1 VarInNameN in n 程序代码 输出定义 out 0 VarOutName0 out 1 VarOutName1 Out n VarOut NameN C 程序代码结束 在这段程序当中需要注意的是 程序段的开 头 include 及 declspec dllexport 是 不可以改变的 这是PSI M的一种规范 其后的函 数名可以改成自己喜欢的 程序名称是为Dll2 FileName 但函数参数只能为t delt in out四个 其它要使用的变量可象一般编程一样自定义即 可 四个函数参数中的t是在PSI M仿真环境中 的仿真时间 delt为仿真步长 in实际上是个数组 也就是图1当中输入端 out是输出端 在图1中 可以看到有个小点的为输入 第一个为in 0 依 次类推 输出也是out 0 out 1 依次类推 通常 变量采用双精度 也可以采用整型 采用双精度是 为了提高精度 便于对波形进行分析 然后在这 个函数当中输入控制所采用的变量及相应的控制 程序 就可以在BorlandC 编写出在PSI M环境中 运行的DLL文件 还有一点值得注意的是 在模 块的两端 如果不用的输入端要接地 不用的输出 端可以悬空 也可以采用某个变量将想要观察的 中间输出变量从不用的端输出 就象使用探头一 样方便 1 2 BorlandC 中的DLL文件生成简单 在BorlandC 环境中 在新建菜单中选择 Other选项 就会弹出对话框 选择DLL文件向 导 将上面的程序框图复制到 3 CPP文件下进行 编辑 输入自己仿真所需的代码 生成DLL文件 将文件复制到PSI M仿真文件的目录下 就可以 执行仿真文件 将这种混合编程应用在逆变并网控制中 采 用的控制方法为空间矢量控制 2 空间矢量算法原理 空间矢量算法的介绍文献相当多 3 4 这里 将几个关键地方给出说明 a 扇区的判断 令N A 2 B 4 C A B C只取0或1 将经过坐标变换后的两个电压向量V V 经 过分析可得出以下规律 V 0时 A 1 3V V 0时 B 1 3V V 0时 C 0 b 相邻两个矢量的作用时间 令T 3V T Udc Tb 3 2 V 3V T Udc Tc 3 2 V 3V T Udc 51 2007年第4期 第42卷 总第137期 EXPLOSI ON PROOF ELECTR I C MACH I NE 防爆电机 由Ta Tb Tc就可以确定切换时间 见表1 表1 作用时间切换 T1ZY Z XX Y T2Y XXZ Y Z 特别要注意的是 当出现饱和时则采用T1 T1 T T1 T2 T2 T2 T T1 T2 c 切换点 令C1 T T1 T2 4 C2 C1 T1 2 C3 C2 T2 2 见表2 表2 切换点 Tc1C2C1C1C3C3C2 Tc2C1C3C2C2C1C3 Tc3C3C2C3C1C2C1 3 逆变电路主电路与控制结构介绍 三相电压型逆变器的拓扑结构如图2 图2 三相电压型逆变器拓扑结构 在图2中 由于每相桥臂共有上桥臂导通和 下桥臂导通两种开关模式 因此 采用SVPWM电 压源逆变器共有八种开关模式 可利用单极性二 值逻辑开关函数Si描述 即 Si 1 1 3 5导通 Si 0 4 6 2导通 故三相SVPWM电压源逆变器的八种开关模 式如表3所示 表3 八种开关模式对应的向量 开关模式V0V7V1V2V3V4V5V6 Si000 111 100 110 010 011 001101 D为隔离二极管 L1 L2 L3和C1 C2 C3组成 滤波电路 VSI N为电网电压源 图3为控制部分框图 图3 控制部分框图 从控制框图中可以看出 通过检测电网相电 压入电网电流信号作为反馈信号 经过Park变换 送到图中SVPWM中进行处理 相位检测是跟踪 电网频率 用于检测过零点进行锁相 idcmd及 iqcmd为参考电流信号 4 系统仿真 系统仿真参数 在系统仿真中直流母线电压 Vdc为658V 滤波电抗器电感为6m 滤波电容容量 为470u 电网电压为工频380V 50Hz 参考电流 iqcmd为100A idcmd 0 1 系统仿真图见图4 图4 系统仿真图 61 防爆电机 EXPLOSI ON PROOF ELECTR I C MACH I NE 2007年第4期 第42卷 总第137期 从图4中可以看出 系统的主控制部分集中 在DLL文件中 该图比较简洁直观 2 结合程序的框架 下面给出部分程序 d q变换 只要在DLL文件中写出来即 可 id 2 0 3 0 3 cos t 3ia cos t 2 0 3 03M PI 3ib cos t 2 0 3 03M PI 3ic iq 2 0 3 0 3 sin t 3ia sin t 2 0 3 03M PI 3ib sin t 2 0 3 03 M PI 3ic 产生SVPWM控制信号 只写部分 其它 类推 s witch sector case 1 if ia 0 cmp1 T0 4 DB 2 else cmp1 T0 4 DB 2 if ib 0 cmp2 T0 4 T1 2 DB 2 else cmp2 T0 4 T1 2 DB 2 if ic 0 cmp3 T0 4 T1 2 T2 2 DB 2 else cmp3 T0 4 T1 2 T2 2 DB 2 if tcount cmp1 out 0 0 out 1 1 out 2 0 out 3 1 out 4 0 out 5 1 000 else if tcount cmp2 out 0 1 out 1 0 out 2 0 out 3 1 out 4 0 out 5 1 100 else if tcount cmp3 out 0 1 out 1 0 out 2 1 out 3 0 out 4 0 out 5 1 110 else out 0 1 out 1 0 out 2 1 out 3 0 out 4 1 out 5 0 111 break case 2 default break 3 仿真结果 图 5 a 为电压仿真波形 图 5 b 为仿真电 流仿真波形 a 三相电压波形图 b 三相电流波形图 图5 仿真结果 5 结语 在电力电子仿真中 有很多种仿真软件可以 用 每种仿真软件都有其优缺点 针对不同的用户 可以选择自己喜爱的软件 本文采用BorlandC 和PSI M混合编程 其仿真方便 简洁也易懂 又 详细介绍了方法 此方法所得仿真在其它仿真中 也得出相同结果 其优点就是仿真速度快 另一方 面就是在 DLL文件的程序是采用离散化的方式 工作 在 DLL文件当中修改适当的变量就可以在 DSP当中使用 这样在很大程度上简化DSP的工 作量 参考文献 1 谢佩军 计时鸣 张