高速直线电机是利用电机产生的电磁力推进载体达到高速运行的一类机电转换装置，具有可控性能好、可重复使用、发射效率高等优点，在各个领域具有广泛的应用价值。在民用领域，高速直线电机在未来可以实现1000 km/h以上长距离、大运量客货运输。在航天领域，基于电磁推进的火箭发射轨道助推技术，有望将火箭推进至1000 km/h以上再进行点火发射，能够有效降低火箭发射成本。
在某些特殊领域，基于直线电机的电磁推进高速科学研究与试验设施（电磁橇）能够显著提升我国对新型航空器的地面试验设施的测试能力和技术水平。直线电机驱动系统运行时采用动子位置和速度进行闭环控制，为了在有限的行程范围内实现系统的高速运行，需要在运行过程中获取精确的动子位置和速度信息，以控制变流器的输出频率、电压和电流，实现稳定的推力和制动力。
高精度高实时性的定位测速系统对高速直线电机的稳定运行至关重要。中国科学院电力电子与电力传动重点实验室（中国科学院电工研究所）、中国科学院大学的范满义、史黎明等学者，针对高速直线电机定位测速系统的高精度和高实时性的特殊需求，建立了直线电机定位测速系统的数学模型，分析了定位测速系统参数设计约束条件。基于所研制的分布式采集设备、脉冲发生器、激光器发生器、多通道模拟器及系统控制器构建了一套具有高契合度的定位测速硬件在环仿真系统。
他们通过对比给定的位置/速度与检测到的位置/速度的数据结果，量化测量误差。通过与电机控制系统的硬件在环闭环系统联合仿真，验证了该方法的有效性，且能够为位置与速度检测算法的改进与仿真验证提供良好的测试平台。
图2 定位测速硬件在环仿真系统框架
研究者指出，该系统的集成度高、适用性强，能够对不同速度检测算法进行硬件在环实验验证，同时能够随时对仿真结果数据进行提取和分析，有益于对位置与速度算法、故障检测与分析方法以及冗余控制策略算法的改进研究，对工程实践具有较高的指导意义和参考价值。
本工作成果发表在2023年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“一种高速直线电机定位测速系统硬件在环仿真”。本课题得到国家重点研发计划的支持。
