元FIU虛擬形式，與部件模型一起，下載至實(shí)時(shí)仿真器的DS1007 CPU板卡中，實(shí)現(xiàn)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中各部件各類故障的故障注入/模擬；
[0035]具體地，故障注入單元FIU實(shí)物形式，連接在實(shí)物TCU與PC-dSPACE之間，在外部信號(hào)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中各部件各類故障的故障注入/模擬，并完成TCU與PC-dSPACE 之間不同類型信號(hào)之間的電平轉(zhuǎn)換。
[0036]具體地，當(dāng)故障注入單元FIU為虛擬形式時(shí)，所述故障注入命令接口為RTI，且不需要對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，所述故障控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、工作負(fù)載與故障庫等部分均由上位機(jī)軟件完成，并下載至DS1007，對(duì)部件模型中的各信號(hào)進(jìn)行故障注入；
[0037]具體地，當(dāng)故障注入單元FIU為實(shí)物形式時(shí)，所述故障注入命令接口為以太網(wǎng)接口；所述工作負(fù)載與故障庫由上位機(jī)軟件選擇完成;所述故障注入控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、輸入輸出接口、電平轉(zhuǎn)換模塊均由實(shí)物電路組成，用于在物理層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的短/斷路等故障注入，并控制信號(hào)的串/并行阻抗和疊加噪聲；用于在電氣層進(jìn)行各類故障注入，調(diào)節(jié)電氣信號(hào)的幅度與閾值、信號(hào)的占空比等，并控制外部信號(hào)對(duì)正常信號(hào)進(jìn)行疊加，或替換原有正常信號(hào)。
[0038]優(yōu)選地，實(shí)物牽引傳動(dòng)控制單元TCU用于實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)解算，控制信號(hào)PWM的產(chǎn)生，以及對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的保護(hù)功能。
[0039]優(yōu)選地，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控單元，用于實(shí)時(shí)仿真狀態(tài)監(jiān)控，以及對(duì)整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)控制、歷史數(shù)據(jù)查看等功能。
[0040]本發(fā)明系統(tǒng)的故障仿真是以模擬高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行行為與故障運(yùn)行行為為目的，并以高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與設(shè)備為基礎(chǔ)，融合多年來測(cè)試過程中的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障注入/模擬/仿真，其本質(zhì)是模擬現(xiàn)有的設(shè)備邏輯和故障模式、故障邏輯，不涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)。對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中牽引變壓器、牽引變流器(整流器、中間直流回路與逆變器)、牽引電機(jī)、傳感器、牽引傳動(dòng)控制單元TCU等主要部件進(jìn)行實(shí)時(shí)故障仿真?？蔀楦咚倭熊嚑恳齻鲃?dòng)控制系統(tǒng)的功能驗(yàn)證提供安全可靠的故障注入/模擬/仿真與測(cè)試，具有較強(qiáng)的適用性。
【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)仿真模型分配示意圖。
[0043]圖3為本發(fā)明故障注入單元FIU原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0045]高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)包括牽引變壓器、牽引變流器(整流器、中間直流回路與逆變器)、牽引電機(jī)、傳感器、牽引傳動(dòng)控制單元TCU等部件。實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的正常建模與故障建模、以及正常運(yùn)行行為與故障運(yùn)行行為的實(shí)時(shí)仿真。
[0046]圖1給出了本發(fā)明高速列車牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)包括實(shí)時(shí)仿真器、故障注入單元FIU、實(shí)物牽引傳動(dòng)控制單元TCU、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控單元。
[0047]實(shí)時(shí)仿真器用于牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中各部件正常模型與故障模型的仿真，以及實(shí)時(shí)仿真監(jiān)控；
[0048]故障注入單元用于在信號(hào)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中各部件各類故障的故障注入和電平轉(zhuǎn)換；
[0049]實(shí)物牽引傳動(dòng)控制單元TCU用于實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)解算，控制信號(hào)HVM的產(chǎn)生，以及對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)的保護(hù)功能；
[0050]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控單元，用于實(shí)時(shí)仿真狀態(tài)監(jiān)控，以及對(duì)整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)控制、歷史數(shù)據(jù)查看等功能。
[0051]圖2給出了本發(fā)明實(shí)施例實(shí)時(shí)故障仿真平臺(tái)仿真模型分配示意圖，實(shí)時(shí)仿真器的主要輸入為牽引變流器控制信號(hào)，主要輸出為故障反饋信號(hào)，速度信號(hào)以及模擬電信號(hào);為了提高解算效率，實(shí)時(shí)仿真器分為Mas ter與Slave兩個(gè)仿真單元，2個(gè)仿真單元通過Gigal ink交換電壓、電流與速度等數(shù)據(jù)，Master仿真單元用于整流器模型、中間直流回路模型和牽引變壓器模型的計(jì)算，Slave仿真單元用于逆變器和牽引電機(jī)模型的計(jì)算。
[0052]本實(shí)施例中，DS1007與DS5203組成一個(gè)仿真單元，同時(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的并行實(shí)時(shí)解算。DS1007主頻為2.0GHz，虛擬FIU在DS1007中進(jìn)行計(jì)算，通過對(duì)Xo調(diào)理產(chǎn)生故障注入信號(hào)xf，模型計(jì)算所需要的參數(shù)與xf由PHS總線進(jìn)行傳輸；
[0053]本實(shí)施例中，根據(jù)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性和運(yùn)算精度要求，將實(shí)時(shí)性與運(yùn)算精度要求高的牽引電機(jī)模型電氣部分和逆變器模型下載至DS5203 FPGA中進(jìn)行仿真；而將實(shí)時(shí)性與運(yùn)算精度要求相對(duì)低的牽引電機(jī)模型機(jī)械部分與牽引變壓器模型下載至DS1007 CPU板卡中進(jìn)行仿真。將變流器整體都放入DS5203 FPGA進(jìn)行仿真。
[0054]本實(shí)施例中，故障注入單元FIU分為虛擬與實(shí)物兩種形式；圖3給出了本發(fā)明故障注入單元FIU原理框圖。故障注入單元由故障注入命令接口、故障注入控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、輸入輸出接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、工作負(fù)載與故障庫組成，用于在信號(hào)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的各部件(實(shí)物、虛擬)各類故障的故障注入/模擬；
[0055]本實(shí)施例中，故障注入命令接口接收上位機(jī)的故障注入命令，同時(shí)上傳故障注入單元當(dāng)前的工作狀態(tài)；
[0056]本實(shí)施例中，所述工作負(fù)載與故障庫包含牽引傳動(dòng)控制系統(tǒng)中牽引變流器、牽引電機(jī)、傳感器和牽引控制器等部件各類故障注入/模擬基準(zhǔn)(故障注入時(shí)刻、位置、仿真時(shí)間長(zhǎng)度、故障模式)，以及各部件正常模型與故障類型等實(shí)時(shí)仿真參數(shù);所述的牽引變流器故障注入基準(zhǔn)所提供的故障類型包括，功率器件(如IGBT模塊和可控式晶閘管等)和無源元件(如電阻器和電容器等)的失效故障和電氣外特性衰退現(xiàn)象;所述的牽引電機(jī)故障注入基準(zhǔn)所提供的故障類型包括，轉(zhuǎn)子斷條故障、定子匝間短路故障、氣隙偏心故障和端環(huán)斷裂故障;所述的傳感器故障注入基準(zhǔn)所提供的故障類型包括，電壓、電流和速度傳感器的偏差、漂移、沖擊、精度下降、周期性干擾、增益、開路、短路、卡死和非線性死區(qū)等故障;所述的牽引控制器故障注入基準(zhǔn)所提供的故障類型包括，模擬信號(hào)I/O模塊、數(shù)字信號(hào)I/O模塊和存儲(chǔ)模塊的錯(cuò)誤邏輯狀態(tài)/硬損傷；
[0057]本實(shí)施例中，故障注入控制器根據(jù)上位機(jī)故障注入控制指令，加載工作負(fù)載與故障庫，確定故障仿真參數(shù)，用于產(chǎn)生內(nèi)部故障信號(hào)h，控制開關(guān)選擇外部故障信號(hào)h或內(nèi)部故障信號(hào)h，生成特定故障信號(hào)f，并能控制是否疊加噪聲隊(duì)
[0058]本實(shí)施例中，信號(hào)調(diào)理模塊將已生成故障注入信號(hào)&與特定故障信號(hào)f經(jīng)過信號(hào)調(diào)理與邏輯運(yùn)算生成故障注入信號(hào)Xf;
[0059]本實(shí)施例中:
[0060]步驟1:根據(jù)用戶需要，將所生成的特定故障信號(hào)f(.)與注入點(diǎn)處的注入前正常信號(hào)X。進(jìn)行信號(hào)疊加或信號(hào)相乘運(yùn)算，生成中間故障注入信號(hào)為:
[0061 ] Xfi = X0+f(.) (1)
[0062]或者:
[0063]Xf2 = Xo*f(.) (2)
[0064]步驟2:將正常信號(hào)X。、特定故障信號(hào)f(.)以及中間故障注入信號(hào)Xfl，Xf2，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，選擇所需的故障注入信號(hào)X、:
[0065]X/f = sel{Xo,f(.),Xfi,Xf2} (3)
[ΟΟ??] 式中sel{}表不在XQ、f (.)、Xfi和Xf2中選擇任一所需的故障注入信號(hào)X'f作為信號(hào)調(diào)理的輸出；
[0067]步驟3:確定生成的故障注入信號(hào)X、是否需要疊加噪聲，并生成故障注入信號(hào)Xf作為最終輸出:
[0068]Xf = X7 f+(Ns) (4)
[0069]式中+(NS)表示可根據(jù)實(shí)際情況和用戶需要，選擇是否疊加噪聲信號(hào)Ns;
[0070]本實(shí)施例中，電平轉(zhuǎn)換模塊用于PC-dSPACE與實(shí)物T⑶之間不同類型信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換；
[0071]本實(shí)施例中，虛擬FIU的故障注入命令接口為RTI，且不需要對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，故障控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、工作負(fù)載與故障庫等部分均由上位機(jī)軟件完成，并下載至DS1007 CPU板卡，對(duì)仿真模型中的各信號(hào)進(jìn)行故障注入；
[0072]本實(shí)施例中，實(shí)物FIU的故障注入命令接口為以太網(wǎng)接口，工作負(fù)載與故障庫由上位機(jī)軟件選擇完成;故障控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、輸入輸出接口均由實(shí)物電路組成；用于在物理層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的短/斷路，并控制信號(hào)的串/并行阻抗和疊加噪聲；在電氣層進(jìn)