一种牵引系统的通用半实物仿真测试系统的制作方法

1.本发明属于牵引系统半实物仿真技术领域，涉及半实物仿真测试系统，具体为一种牵引系统的通用半实物仿真测试系统。


背景技术：

2.电力电子仿真技术由于其高效性和安全性已得到广泛应用，半实物仿真是将实物与在计算机上实现的被控对象的仿真模型连接在一起进行试验的仿真技术，在仿真中接入部分实物的半实物仿真技术由于更接近实际物理结果而得到快速发展。半实物仿真中接入的实物通常为系统中的关键部件，在轨道交通领域，列车牵引系统中牵引系统实物控制单元作为整个系统的心脏，对列车的稳定运行起决定性作用，以牵引系统实物控制单元为被测对象的半实物仿真系统应运而生，对牵引系统实物控制单元的软硬件进行复杂的逻辑测试和动态闭环测试，缩短研发周期，减少研发投入。
3.目前针对牵引系统开发的半实物仿真测试系统通常只适用于某一固定车型或拓扑，属于定向研发的产品配套测试系统，应用范围有限；半实物仿真系统采用仿真模型全部集成于处理器的方案来实现测试外围环境的模拟。
4.根据列车的多用途、轻量化、集成化要求，牵引系统的主电路具有多样化特点，而半实物仿真测试系统的建设成本高，若只针对某种固定的牵引拓扑或特定车型进行测试系统开发，仿真平台的集成性和扩展性差，利用率也不高，信号完整性也不能满足多样化需求，由于轨道交通领域的产品开发周期长，产品批量化少，且对产品的安全性、稳定性要求极高，因此，目前的半实物仿真技术方案会造成仿真试验资源严重浪费。将半实物仿真模型全部集成于处理器的方案，虽然降低了仿真模型搭建的难度，但是所有模型全部运行在同一个仿真步长下，很多对仿真精度要求不高的信号也占用大量仿真器资源，会降低仿真整体性能和运行速率，对于较大的牵引系统集成测试会存在测试资源不足、测试精度下降等问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决现有牵引系统的半实物仿真测试系统通用性差，只能针对某种固定的牵引拓扑或特定车型进行测试系统开发，集成性和扩展性差，利用率也不高的技术问题，提供了一种牵引系统的通用半实物仿真测试系统。
6.本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种牵引系统的通用半实物仿真测试系统，包括用于仿真管理、自动化测试和高速数据监控的上位机、实时仿真环境模拟单元和牵引系统实物控制单元，牵引系统实物控制单元为半实物仿真测试的被测对象或仿真测试系统的测试设备；上位机与实时仿真环境模拟单元相连接；实时仿真环境模拟单元包括用于搭载列车牵引系统主电路模型的数个现场可编程门阵列fpga模块、用于处理器模块输入/输出信号的转换和信号扩展的数字量扩展模块或模拟量扩展模块以及处理器模块，列车牵引系统主电路模型拆分成多个子模块搭载在不同现场可编程门阵列fpga模块中，处理
器搭载有接口模型和逻辑模型，处理器模块通过接口模型与所有现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块和模拟量扩展模块进行互联配置，处理器模块通过断线测试单元和信号转换单元与牵引系统实物控制单元连接；断线测试单元通过高速数据采集单元连接至上位机。
7.上位机用于对牵引系统通用半实物仿真测试系统进行控制、指令下发、状态显示等，同时牵引系统的外围逻辑和主电路模型均在上位机上搭建、编译和下载，根据测试对象和测试项点的不同，可增加多种测试应用软件，提升测试效率。
8.实时仿真运行环境模拟系统与上位机通过以太网连接，用于对牵引系统的主电路及运行环境进行模拟，接收来自牵引系统实物控制单元的第一个仿真周期的控制信号，并在当前仿真周期内对主电路模型进行仿真，得到本周期的控制反馈信号，在第二个仿真周期向牵引系统实物控制单元输出第一个仿真周期的控制反馈信号，同时接收来自牵引系统实物控制单元的第二个仿真周期的控制信号，开始同步仿真。
9.牵引系统实物控制单元可以是半实物仿真测试的被测对象，也可以是仿真测试系统的测试设备。作为被测对象时，需要搭建完整准确的主电路模型，测试牵引系统实物控制单元硬件和软件的功能、性能等；作为测试设备时，匹配不同的主电路拓扑、不同参数等，用于主电路匹配关系研究及主电路设计的性能验证。
10.为了保证该半实物仿真测试系统的通用性，在实时仿真运行环境模拟系统与牵引系统实物控制单元之间增加断线测试单元和信号转换单元。断线测试单元的作用是信号适配、旁路监听、故障注入等。按照信号类型或信号来源对传输信号线分类整理，将模拟量信号、数字量信号、总线信号、电源信号等适配成特定标准接口，标准接口为系统之间的通用接口，实现系统之间的信号传输。断线测试单元输出端，专门设置了高速数据采集单元的数据接口，高速数据采集单元即要采集从信号转换单元流向实时仿真运行环境模拟系统的控制指令信号，又要采集从实时仿真运行环境模拟系统流向信号转换单元的主电路状态、电压、电流等反馈信号；同一个仿真模块的输入、输出的目标地址有多个，需要多向传输，实时同步。信号转换单元是半实物仿真测试系统适用于不同车型或领域的牵引系统实物控制单元测试需求的关键，位于实时仿真运行环境模拟系统与牵引系统实物控制单元之间，实现两者传输信号的电气特性一致性匹配、保护与隔离等功能。
11.本发明中牵引系统通用半实物仿真测试系统可以单独应用，用于一套牵引系统的测试验证，也可以多组并网应用，组成列车级牵引系统半实物仿真测试平台，用于整车多编组架构的牵引系统联调测试验证，多个半实物仿真测试系统之间可以采用以太网、mvb或反射内存中的一种或多种共用的方式实现系统间的数据传输，达到整车联通和信号同步的状态。
12.至此，牵引系统通用半实物仿真测试系统已覆盖牵引系统测试所需要的全部外部条件，可以很好地完成半物理仿真过程中的快速原型和硬件在回路仿真工作，可满足机车、动车、城轨、内燃车、双供电等多种车型的牵引系统半实物仿真测试需求。
13.优选的，上位机输入牵引系统的仿真参数和控制指令，接收来自实时仿真运行环境模拟系统反馈的仿真运行状态，形成闭环控制。这样是为了提升测试效率，而且测试更加准确。
14.优选的，列车牵引系统主电路模型中的所有现场可编程门阵列fpga模块具有统一
仿真步长。仿真步长由所选择的fpga的性能决定，步长越短精度越高，占用内存资源也就越大，所能承载的模拟对象也就越少，根据模型复杂程度和实际调试精度要求进行配置。仿真模型搭建采用定点、离散化处理方式，可以与fpga模块完美融合，模型接口完全开放，具有可移植性和通用性，完全开放的模型数据可更好的实现二次开发和升级。
15.优选的，实时仿真环境模拟单元还包括mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块，处理器模块通过接口模型分别与mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块进行互联配置。mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块用于列车整车联调时各牵引系统半实物仿真测试系统间的信号传递和同步校准。
16.优选的，实时仿真环境模拟单元为插槽式机箱结构，插槽式机箱结构包括设置有多个用于配置现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块的背板插槽。机箱内背板插槽具有一致性，背板插槽位于机箱背板上，可以通过编程方式对机箱背板上的触发路由模块进行配置，实现触发器在设备之间的路由，支持标准pxi总线标准。
17.优选的，处理器模块与现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块或模拟量扩展模块之间采用cpci总线的方式互联通信。现场可编程门阵列fpga模块之间、现场可编程门阵列fpga模块与数字量扩展模块、模拟量扩展模块之间的数据交互，也是在断线测试单元中进行数据交叉回环，实现一些中间变量信号的回传或对传输至牵引系统实物控制单元的信号类型进行变更。
18.优选的，牵引系统实物控制单元连接有覆盖多种电压等级测试需求的程控电源，程控电源的调压范围0～300v。信号转换单元种的数字量调理电路输出高电平信号的电压值也会随着程控电源的输出电压改变，适应不同被测对象的需求。
19.优选的，信号转换单元配置有用于提供不同牵引系统实物控制单元接口的信号调理卡板。根据不同的牵引系统实物控制单元接口配置不同的调理板卡，对交互的数字量和模拟量的信号类型、信号等级、信号范围进行转换，满足两者之间的信号电气特性匹配要求，考虑io口冗余需求，设计成模块化、可扩展的。在不同的牵引系统实物控制单元测试应用时，只需根据接口需求更换信号转换单元中的信号调理板卡，即可实现不同车型牵引系统的测试需求。
20.优选的，列车牵引系统主电路模型是根据需求由弓网受流模型、变压器模型、整流器模型、直流回路模型、逆变器模型、牵引电机模型或预充电模型任意组合而成。根据需求可任意组合组件模型得到多种牵引系统拓扑结构，实现标准化、模块化、通用性强的半实物仿真测试方案。
21.优选的，列车牵引系统主电路模型包括依次相互连接的弓网受流模型、变压器模型、整流器模型、直流回路模型、逆变器模型和牵引电机模型。将主电路按功能模块进行分解，经过离散化和定点化处理搭建成标准模块化的组件模型。根据上述牵引系统通用半实物仿真测试系统的架构，部署适用于机车、动车、城市轨道车辆等车型的轴控、架控、车控的牵引系统半实物仿真测试方案，具体的仿真资源和模型配置根据需求设定。
22.本发明的有益效果是：一、通过本发明提供了一套完整的牵引系统通用测试验证技术手段和测试验证流程，可实现对牵引系统功能与性能全方位测试；从仿真管理、实时监控、数据采集、数据分析
到试验报告自动生成的功能全覆盖，保证测试系统的完整性；二、在牵引系统设计阶段，可进行主要部件的关键部件选型及优化测试、子系统匹配关系研究、主电路拓扑结构选型对比测试，网侧四象限多重化、电机矢量控制、防滑防控转等控制策略及控制算法的测试验证，对电机设计参数、电气特性和系统匹配关系的测试验证等；在牵引系统试验阶段，对牵引系统实物控制单元硬件和控制算法的功能及性能进行测试，实现不同线路路况下牵引-惰行-制动工况运行模拟，对故障及保护逻辑进行测试验证；在牵引系统运维阶段，能够复现现场出现的牵引系统故障，对多种故障及特殊工况进行模拟，快速定位故障位置；在进行牵引系统研究性测试中，可进行弓网接触特性及电网波动的变化特点研究、主要部件的使用边界研究、功率模块的发热及损耗计算、tcu对应波动的抑制策略研究等；三、仿真模型是在真实物理器件的工作原理基础上的还原，但不局限于实物的物理特征，利用实时仿真运行环境模拟系统完成牵引系统实物控制单元的软件、硬件性能测试只是常规必要功能，还可以对牵引系统中主要部件的匹配关系、适应性进行研究性测试，观测牵引系统中任意部件的运行特征，对现场故障工况进行复现、故障定位研究，对现场无法进行的破坏性试验、功率模块发热及损耗等进行模拟测试，加大研究深度和宽度，提高产品可靠性。利用模块化设计方法实现测试系统可扩展性和容错能力，通过简单的端子插接即可实现多种拓扑结构的变换，提高仿真系统的兼容性和通用性，覆盖轨道交通领域所有牵引系统的应用需求，并在仿真系统中增加自动化测试和数据实时监测手段，在保证仿真精度的条件下，提高被测对象的测试效率和半实物仿真系统的有效利用率，满足机车、动车、城轨、内燃车、双供电等多种车型的牵引系统集成测试需求。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明所述牵引系统的半实物仿真系统原理示意图。
25.图2为本发明所述牵引系统的半实物仿真系统数据传输示意图结构示意图。
26.图3为本发明所述牵引系统的半实物仿真系统主电路模型分解配置示意图。
27.图4为机车牵引系统一整一逆拓扑的仿真资源配置图。
28.图5为动车牵引系统两整两逆拓扑的仿真资源配置图。
29.图6为机车牵引系统两整三逆拓扑的仿真资源配置图。
30.图7为城市轨道车辆牵引系统一逆四机电拓扑的仿真资源配置图。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语
ꢀ“
第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.一种牵引系统的通用半实物仿真测试系统，如图1和图2所示，包括用于仿真管理、自动化测试和高速数据监控的上位机、实时仿真环境模拟单元和牵引系统实物控制单元，牵引系统实物控制单元为半实物仿真测试的被测对象或仿真测试系统的测试设备；上位机与实时仿真环境模拟单元相连接；实时仿真环境模拟单元包括用于搭载列车牵引系统主电路模型的数个现场可编程门阵列fpga模块、用于处理器模块输入/输出信号的转换和信号扩展的数字量扩展模块或模拟量扩展模块以及处理器模块，列车牵引系统主电路模型中的所有现场可编程门阵列fpga模块具有统一仿真步长，列车牵引系统主电路模型拆分成多个子模块搭载在不同现场可编程门阵列fpga模块中，处理器搭载有接口模型和逻辑模型，处理器模块通过接口模型与所有现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块和模拟量扩展模块进行互联配置，实时仿真环境模拟单元还包括mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块，处理器模块通过接口模型分别与mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块进行互联配置，实时仿真环境模拟单元为插槽式机箱结构，插槽式机箱结构包括设置有多个用于配置现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块、mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块的背板插槽；机箱内背板插槽具有一致性，背板插槽位于机箱背板上，可以通过编程方式对机箱背板上的触发路由模块进行配置，实现触发器在设备之间的路由，支持标准pxi总线标准，处理器模块与现场可编程门阵列fpga模块、数字量扩展模块或模拟量扩展模块之间采用cpci总线的方式互联通信；处理器模块通过断线测试单元和信号转换单元与牵引系统实物控制单元连接，信号转换单元配置有用于提供不同牵引系统实物控制单元接口的信号调理卡板；断线测试单元通过高速数据采集单元连接至上位机；上位机输入牵引系统的仿真参数和控制指令，接收来自实时仿真运行环境模拟系统反馈的仿真运行状态，形成闭环控制；牵引系统实物控制单元连接有覆盖多种电压等级测试需求的程控电源，程控电源的调压范围0～300v。列车牵引系统主电路模型是根据需求由弓网受流模型、变压器模型、整流器模型、直流回路模型、逆变器模型、牵引电机模型或预充电模型任意组合而成。根据需求可任意组合组件模型得到多种牵引系统拓扑结构，实现标准化、模块化、通用性强的半实物仿真测试方案。其中列车牵引系统主电路标准模型包括依次相互连接的弓网受流模型、变压器模型、整流器模型、直流回路模型、逆变器模型和牵引电机模型，如图3所示。
35.上位机用于对牵引系统通用半实物仿真测试系统进行控制、指令下发、状态显示等，同时牵引系统的外围逻辑和主电路模型均在上位机上搭建、编译和下载，根据测试对象和测试项点的不同，可增加多种测试应用软件，提升测试效率。上位机根据需要配置实时仿真管理、自动化测试、高速数据监控软件，因此具有仿真管理、自动化测试、高速数据监控功能。实时仿真管理可执行仿真启停、指令下发、数据监控、在线调参等操作，是一套仿真在线调试软件，主要用于半实物仿真实时调参和仿真试验过程实时监控，半实物仿真建模是将
物理层面的问题转化为数学问题。自动化测试是一种自动完成指令下发、参数配置、项点执行、结果判断等测试全过程的测试技术。可根据被测设备或试验项点测试需求，编制自动化测试流程，对实时仿真模型进行控制和调参，自动完成测试工作。自动化测试还具有对被测装置供电电源进行通断控制、对测试用例执行过程的监控和记录功能，可根据测试结果自动生成测试报告。自动化测试与实时仿真管理有通信接口，可实现互联互通，将实时仿真管理中的功能模块关联在自动化测试序列中，执行仿真管理的部分操作功能；自动化测试技术能显著提高批量产品的半实物仿真测试工作效率。高速数据监控是对实时仿真运行环境模拟系统输入/输出的物理信号进行高速采集、曲线显示、存储、回看、数据分析等的一种数据采集和分析软件，高速数据采集单元将采集的信号数据追加时戳信息后通过以太网发送至高速数据监控软件，通过图形界面实时显示信号状态，实时监控仿真测试过程。
36.正向的半实物仿真项目开发过程是首先对牵引系统主电路拓扑结构进行紧密性梳理和拆分子模块，按各子模块工作原理推导出数学方程，原则是各子模块间的可匹配性和结构完整性，且以应用为前提的数学方程要具有解耦性和归一性，将时域的数学方程进行离散化处理，建立定点离散化的仿真模型，该仿真模型即为列车牵引系统主电路模型，实时仿真环境模拟单元可根据测试需要配置不同类型和数量的仿真模块，使仿真测试系统具有较强的通用性和可扩展性，同时方便仿真资源扩展和故障定位，提高并行计算能力。处理器模块用于模拟对运行速率要求不高的外围环境条件和逻辑控制功能部分，搭载接口模型和逻辑模型。处理器模块作为实时仿真运行环境模拟系统的中枢神经，可与其他任意仿真模块进行互联通信，对所有仿真模块的接口资源进行调配，保证了牵引系统半实物仿真测试系统的多应用场景和多应用领域。处理器模块中运行是对实时性要求不高的逻辑信号，仿真周期与现场可编程门阵列fpga模块中运行的主电路模型不同，根据需求修改处理器模块中的仿真周期，不影响测试精度的情况下，可有效提升仿真资源利用率。现场可编程门阵列fpga模块用于模拟变流器、电机等高精度和高实时性要求的被控设备的运行状态，搭载供电模型、变压器模型、整流器模型、逆变器模型及电机模型等；现场可编程门阵列fpga模块自带模拟量、数字量接口资源，具有通用性和接口一致性，可任意互换替代，保证了牵引系统半实物仿真测试系统的通用性；数字量扩展模块和模拟量扩展模块用于处理器模块输入输出信号的转换和信号扩展，作用是模拟主电路中的接触器、断路器、温度传感器、湿度传感器等信号运行状态，在特殊应用场景下，还可以借助处理器模块实现对现场可编程门阵列fpga模块的接口扩展。系统硬件架构设计上，处理器模块不与牵引系统实物控制单元直接关联。
37.现场可编程门阵列fpga模块是以低电压的电信号形式接收来自牵引系统实物控制单元的控制信号，快速计算出模型运行状态，将输出的电压电流传感器的模拟信号实时反馈给牵引系统实物控制单元，而扩展模块与牵引系统实物控制单元交互的数据也是断路器、接触器、继电器等电信号，从而实现虚拟实物模型与牵引系统实物控制单元之间的数据交换。
38.模型设计时，建立的半实物仿真模型在现场可编程门阵列fpga模块中运行，利用现场可编程门阵列fpga模块响应速度快，多模块级联的方式即可以解决复杂牵引系统仿真测试时的接口和容量不足问题，又可以实现多种拓扑的牵引系统主电路的分解和模块内部资源的重新分配，扩展半实物仿真测试系统的应用环境和覆盖领域。
39.对于新开发的牵引系统实物控制单元测试时，牵引系统实物控制单元是被测对象，测试验证硬件接口、硬件逻辑、控制策略等；对于牵引系统匹配技术、逻辑保护技术等进行研究时，牵引系统实物控制单元是仿真测试系统的测试设备，验证不同的主电路拓扑、不同器件参数的适用性能。
40.为了保证该半实物仿真测试系统的通用性，在实时仿真运行环境模拟系统与牵引系统实物控制单元之间增加断线测试单元和信号转换单元。
41.断线测试单元的作用是信号适配、旁路监听、故障注入等。按照信号类型或信号来源对传输信号线分类整理，将模拟量信号、数字量信号、总线信号、电源信号等适配成特定标准接口，标准接口为系统之间的通用接口，实现系统之间的信号传输。为增强系统的排故能力，断线测试单元上设计断路测试面板，断路测试面板结构形式都采用桥接器 测试面板的形式，桥接器用来实现测试电路的通与断，桥接器顶部带有信号注入插孔，将常用且重要的信号引入测试面板，测试面板按照信号类型进行分类布置，采用模块化设计，支持测试面板的扩充。
42.断线测试单元输出端，专门设置了高速数据采集单元的数据接口，高速数据采集单元即要采集从信号转换单元流向实时仿真运行环境模拟系统的控制指令信号，又要采集从实时仿真运行环境模拟系统流向信号转换单元的主电路状态、电压、电流等反馈信号；同一个仿真模块的输入、输出的目标地址有多个，需要多向传输，实时同步。因此，断线测试单元对这些重要信号的梳理适配起到关键作用。现场可编程门阵列fpga模块中运行的是牵引系统主电路模型，通过这种信号回环变换的方式，就可以改变在现场可编程门阵列fpga模块中运行的主电路内部信号连接关系的变换，可以满足不同车型牵引系统主电路拓扑的应用需求。
43.信号转换单元是半实物仿真测试系统适用于不同车型或领域的牵引系统实物控制单元测试需求的关键，位于实时仿真运行环境模拟系统与牵引系统实物控制单元之间，实现两者传输信号的电气特性一致性匹配、保护与隔离等功能。
44.针对不同的牵引系统实物控制单元对同一功能的信号设计时会采用不同类型的信号类型的问题，信号转换单元要考虑所有使用的信号类型，最大限度地包含这些信号，设计时可采用拨码开关或悬空断路或分析并联信号的物理特性及对系统的影响，综合考虑选择合适的方式实现信号的切换。
45.现场可编程门阵列fpga模块的仿真步长由所选择的fpga模块的性能决定，步长越短精度越高，占用内存资源也就越大，所能承载的模拟对象也就越少，根据模型复杂程度和实际调试精度要求进行配置。仿真模型搭建采用定点、离散化处理方式，可以与fpga模块完美融合，模型接口完全开放，具有可移植性和通用性，完全开放的模型数据可更好的实现二次开发和升级。mvb扩展模块、can仿真模块和反射内存模块用于列车整车联调时各牵引系统半实物仿真测试系统间的信号传递和同步校准。现场可编程门阵列fpga模块之间、现场可编程门阵列fpga模块与数字量扩展模块、模拟量扩展模块之间的数据交互，也是在断线测试单元中进行数据交叉回环，实现一些中间变量信号的回传或对传输至牵引系统实物控制单元的信号类型进行变更。信号转换单元种的数字量调理电路输出高电平信号的电压值也会随着程控电源的输出电压改变，适应不同被测对象的需求。根据不同的牵引系统实物控制单元接口配置不同的调理板卡，对交互的数字量和模拟量的信号类型、信号等级、信号
范围进行转换，满足两者之间的信号电气特性匹配要求，考虑io口冗余需求，设计成模块化、可扩展的。在不同的牵引系统实物控制单元测试应用时，只需根据接口需求更换信号转换单元中的信号调理板卡，即可实现不同车型牵引系统的测试需求。将主电路按功能模块进行分解，经过离散化和定点化处理搭建成标准模块化的组件模型。
46.根据上述牵引系统通用半实物仿真测试系统的架构，部署适用于机车、动车、城市轨道车辆等车型的轴控、架控、车控的牵引系统半实物仿真测试方案，具体的仿真资源和模型配置根据需求设定。
47.如图4所示的机车牵引系统一整一逆拓扑的仿真资源配置图，图4中包括三个依次相连接的现场可编程门阵列fpga模块，第一个现场可编程门阵列fpga模块中搭载有相连接的弓网受流模型和变压器模型，第二个现场可编程门阵列fpga模块搭载有相连接的预充电模型和整流器与直流回路模型，第三个现场可编程门阵列fpga模块搭载有逆变器模型和电机模型。
48.如图5所示的动车牵引系统两整两逆拓扑的仿真资源配置图，图5中包括四个现场可编程门阵列fpga模块，第一个fpga模块中搭载有相连接的弓网受流模型和变压器模型，第二fpga模块中搭载有相连接的预充电模型和整流器与直流回路模型，第一个fpga模块与第二个fpga模块相连接，第三个fpga模块和第四个fpga模块均连接至第二个fpga模块之后，第三个fpga模块搭载有相连接的逆变器1模型和电机1模型，第四个fpga模块搭载有相连接的逆变器2模型和电机2模型。
49.如图6所示的机车牵引系统两整三逆拓扑的仿真资源配置图，图6中包括五个现场可编程门阵列fpga模块，第一、二个fpga模块依次连接，第三个fpga模块、第四个fpga模块和第五个fpga模块分别连接至第二个fpga模块之后，第一个fpga模块中搭载有相连接的弓网受流模型和变压器模型，第二fpga模块中搭载有相连接的预充电模型和整流器与直流回路模型，第三个fpga模块搭载有相连接的逆变器1模型和电机1模型，第四个fpga模块搭载有相连接的逆变器2模型和电机2模型，第五个fpga模块搭载有相连接的逆变器3模型和电机3模型。
50.如图7所示的城市轨道车辆牵引系统一逆四机电拓扑的仿真资源配置图，图7中包括四个依次连接的现场可编程门阵列fpga模块，第一个fpga模块搭载有直流电源模型，第二fpga模块中搭载有相连接的直流回路模型，第三个fpga模块搭载有相连接的逆变器模型和电机1/2模型，第四个fpga模块搭载有电机3/4模型。
51.本发明的技术关键点为：1）采用处理器模块 fpga模块的方式，根据精度和速率要求将要求不高的仿真模型加载到处理器模块中运行，提高仿真资源利用率。
52.2）仿真模型具有可移植性和通用性，完全开放的模型数据可更好的实现二次开发和升级。
53.3）采用多块fpga模块并行运行，fpga模块之间的数据交互，一方面可以通过处理器模块的总线方式交互数据，一方面可以通过修改断路测试单元前面板中硬线连接的回环方式实现，将仿真资源全面放开，最大程度提供了通用性和灵活性。
54.4）信号传输路径中配置断路测试单元，提供了物理信号测试接口，可进行故障注入，同时还可以任意配置fpga模块的输入输出接线方案。
55.5）采用的fpga模块完全相同，可任意替换，可根据实际需要任意分配模型加载位置。在仿真模型设计时，对主电路结构进行分解，按功能划分成标准模块化的组件模型，根据测试需求任意组合，通用性较强。
56.6）实时仿真运行环境测试系统为插槽式箱式结构，背板一致，处理器模块、fpga模块、数字量扩展模块、模拟量扩展模块等均采用插槽式结构，可根据实际需要扩展模块或增加mvb模块、反射内存模块等，使用方便且具有可扩展性。
57.7）覆盖多种电压等级测试需求的程控电源，数字量调理电路输出高电平信号的电压值随着程控电源改变，适应不同被测设备的供电电源需求。
58.8）半实物仿真测试系统中的硬件均采用统一的标准接口，配置一套通用测试工装，在信号故障时就可以对任意位置进行测试，快速定位故障点。
59.9）所有硬件采用标准上架结构，可扩展性强，可根据需要在实时仿真运行环境模拟单元和牵引系统实物控制单元之间新增信号适配单元、信号转换单元等装置。
60.10）采用自动化测试技术，只需要在测试前搭建测试用例，模型加载、指令下发、项点测试、结果判断、生成测试报告等步骤全部一键完成，大大缩短批量测试项目的作业时间，同时避免了人为因素故障，提高测试效率。
61.11）高速数据采集和监控系统，集成了上位机操作软件、数据采集单元，实现数据的实时采集、动态显示、存储、调用和上传功能。对半实物仿真测试过程种的数据进行实时监控和分析，实时显示牵引系统运行状态、分析波形质量，并记录仿真波形数据，支撑半实物仿真测试结果的性能分析。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。