风机主控系统测试用半实物仿真平台研究

发布时间：2017-09-24 02:46

  本文关键词：风机主控系统测试用半实物仿真平台研究

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【摘要】：随着计算机科学的不断发展,仿真技术的应用领域不断拓展,仿真理论以及基础工具也不断创新。在当今工业社会的各个领域,通过仿真技术来提高产品的可靠性,缩短研发周期,降低测试成本已经成为了一种新的潮流。主控系统作为风电机组的核心设备,其可靠性决定着整台风机的稳定性。本文结合“嵌入式PLC系统国产化”项目,针对国产化的风机主控系统在现场测试中出现的成本高、效率低、故障难以复现等问题,在分析了风机主控系统在风机运行中的工作流程的基础上,结合当前已有的技术设备,引用半实物仿真思想,从技术方案、硬件平台、软件环境等方面研制了一套半实物仿真平台。可以在该平台上搭建风机模型,通过与HMI、SCADA系统的联合,实现风机主控系统的系统级测试,可以配合风机主控系统进行高低温、振动、电磁干扰等环境试验,提高可靠性。本文对课题需求进行了系统分析,论述了半实物仿真平台在风机主控系统测试中的意义;分析了半实物仿真平台中各个硬件模块的工作原理,共分为AIO、DIO、CAN、程控电阻四种底层模块;从软件的角度将处理器与硬件模块划分为主从站结构,依靠由FPGA实现的协处理器处理内部数据任务,保证了主处理器的处理能力;依据底层MIO库函数,设计了每个IO模块对应的库函数,在Simulink的LIB库中设计了相应的接口模块,设计了每个模块的配置方式;通过RPC实现硬件系统与软件环境的数据交互,完成了Simulink对底层硬件模块上IO口的直接控制,实现了半实物仿真平台的建模环境构建;为了使风机主控系统能够在实验室获得与风场真实环境下一致的风机外部参数,依据风机主控系统的控制需求构建了风机的轮毂系统、变频器系统、变桨系统的数学模型,设计了其状态转换关系逻辑;将实际温度数据引入仿真系统,完成了温度系统模型的构建;在风机模型中配置了CANopen通信协议从站,实现了仿真模型与风机主控的CAN通信链路;对风机主控系统的控制策略进行了分析;搭建了半实物仿真平台,在实验室环境中对风机主控系统进行了系统级测试,通过SCADA系统对模拟风电场进行了验证。通过实践证明,半实物仿真系统能够很好的配合实现风机主控的系统级测试。半实物仿真测试,突破了风机主控系统级测试的难题,提高了测试效率,国产的风机主控系统将稳定、可靠、高效的成为万千风场的“中国心”。
【关键词】：风机主控系统 半实物仿真平台 远程过程调用 风机模型 系统级测试
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 半实物仿真技术简介9-12
• 1.2.1 半实物仿真技术的发展应用现状9-10
• 1.2.2 现有半实物仿真平台技术方案分析10-12
• 1.3 课题背景12-14
• 1.4 论文主要完成工作以及论文整体架构14-16
• 第二章 半实物仿真平台总体结构设计16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 风机主控系统测试用半实物仿真平台需求分析16-20
• 2.2.1 风机主控系统控制结构16-17
• 2.2.2 需求分析17-20
• 2.3 半实物仿真平台设计思路20-21
• 2.4 半实物仿真平台系统总体设计21-23
• 2.4.1 系统层级21
• 2.4.2 硬件网络拓扑21-22
• 2.4.3 软件架构22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 半实物仿真平台硬件系统设计24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 硬件架构24
• 3.3 CPU模块24-26
• 3.4 DIO模块26-27
• 3.5 AIO模块27-28
• 3.6 CAN模块28
• 3.7 程控电阻模块28-31
• 3.8 背板模块31
• 3.9 本章小结31-32
• 第四章 半实物仿真平台软件系统设计32-55
• 4.1 Vxworks操作系统构建32-35
• 4.1.1 Vxworks概述32
• 4.1.2 BSP分析32-33
• 4.1.3 Vxworks镜像操作系统启动33-35
• 4.2 模块服务程序构建35-39
• 4.2.1 协处理器配置流程35-37
• 4.2.2 数据主站服务程序设计实现37-39
• 4.2.3 数据从站服务程序设计39
• 4.3 MIO服务程序设计39-45
• 4.3.1 MIO服务程序39-40
• 4.3.2 RPC原理40-42
• 4.3.3 RPC工作流程42-43
• 4.3.4 XDR编码43
• 4.3.5 服务器端程序实现43-44
• 4.3.6 客户端程序实现44-45
• 4.4 上位机建模环境构建45-52
• 4.4.1 引言45-48
• 4.4.1.1 Simulink运行原理46-47
• 4.4.1.2 S函数47
• 4.4.1.3 Mex文件47
• 4.4.1.4 Lib库封装47-48
• 4.4.2 AIO库模块设计48-49
• 4.4.3 DIO库模块设计49-50
• 4.4.4 CAN通信库模块设计50-51
• 4.4.5 程控电阻库模块51
• 4.4.6 LIB库界面51-52
• 4.5 测试验证52-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 风电机组控制器半实物仿真测试55-79
• 5.1 引言55
• 5.2 轮毂系统模型程序55-59
• 5.2.1 风力机建模55-58
• 5.2.2 变桨系统58-59
• 5.3 塔基系统模型程序59-61
• 5.4 偏航系统模型程序61-62
• 5.5 温度系统模型62-63
• 5.6 风况数据63-64
• 5.7 模拟风机CAN通信协议栈64-67
• 5.7.1 协议栈总体设计64-65
• 5.7.2 协议栈执行流程65
• 5.7.3 数据配置65-67
• 5.8 风机主控系统控制67-69
• 5.8.1 基本控制策略67-68
• 5.8.2 非全功率运行时风机控制68
• 5.8.3 全功率运行时风机控制68-69
• 5.9 半实物仿真风机验证69-78
• 5.9.1 风机主控半实物仿真平台实物系统69-71
• 5.9.2 半实物仿真平台运行测试71-77
• 5.9.3 风机主控半实物仿真测试思路77-78
• 5.10 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 论文总结79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 个人简历、在校期间发表学术论文与研究成果86

【参考文献】

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本文编号：908942