探究HIL硬件在環(huán)測試

什么是 HIL 測試

硬件在環(huán) （HIL） 測試是一種實時仿真，讓您無需使用系統(tǒng)硬件即可開始測試嵌入式代碼。如果正在開發(fā)的代碼未按照規(guī)范運行，您可以通過此項測試來發(fā)現(xiàn)可能損壞硬件的異常和故障情況。

電力電子控制系統(tǒng)是電力運輸和可再生能源系統(tǒng)不可或缺的組成部分。通過測試原型來驗證這些控制系統(tǒng)的嵌入式代碼具有挑戰(zhàn)性，因為存在硬件損壞的風險，而這會導致您無法在整個瞬態(tài)條件范圍內(nèi)試驗系統(tǒng)。

HIL 仿真性能

硬件在環(huán) （HIL） 仿真性能取決于您要建模的電力系統(tǒng)動態(tài)的復雜性以及要使用的實時計算機硬件。

例如，您可以選擇如何為電機驅(qū)動逆變器的電力電子開關(guān)行為建模。您可以使用平均值逆變器模型對整個開關(guān)周期的電壓求平均值，因為該模型可以快速計算并提供所需的動態(tài)特性。

要想了解電力電子組件注入的諧波的影響，您需要考慮它們的開關(guān)行為，并承受對硬件在環(huán)計算機的處理器造成的負擔。

為了確保仿真開關(guān)行為時的實時行為，您運行仿真采樣的頻率需要比實際系統(tǒng)的預期開關(guān)速度快 100 倍。

例如，在以 10 KHz 開關(guān)頻率運行的電機控制應用中，需要以 1 MHz 的頻率運行硬件在環(huán)仿真，才能捕獲開關(guān)設(shè)備所導致的非線性問題。要以 1 MHz 或更高的頻率運行仿真，您需要實時系統(tǒng)具有較低 I/O 延遲和可以達到運行頻率的處理器。

對電力電子系統(tǒng)執(zhí)行 HIL 測試

對電力電子系統(tǒng)執(zhí)行硬件在環(huán)測試時，并沒有絕對的指導說明 CPU 或 FPGA 是否更適合于仿真具有開關(guān)動態(tài)特性的系統(tǒng)。

在做決定時，您需要考慮模型的復雜性、電力電子系統(tǒng)的數(shù)學細節(jié)、負載和電源的建模細節(jié)，以及測試系統(tǒng) I/O 的通道數(shù)量和種類。

如果您的硬件在環(huán)系統(tǒng)可以將桌面仿真模型劃分到多個內(nèi)核和不同種類的處理器上，您可能會發(fā)現(xiàn)同時使用 CPU 和 FPGA 很有好處。

使用 MATLAB 和 Simulink 進行 HIL 仿真

電力電子系統(tǒng)的硬件在環(huán)測試從控制系統(tǒng)仿真開始，該仿真會對有源和無源電路組件、負載和電源的電氣行為建模。

使用 Simulink 和 Simscape Electrical，您可以構(gòu)建您的系統(tǒng)模型并進行仿真。

使用 Simulink Coder 從電氣模型生成 C 代碼，通過 HDL Coder 生成 HDL 代碼。您可將此代碼部署到用于測試控制代碼的實時計算機，從而在一系列正常和故障工作條件下驗證此代碼。

使用 Simulink Real-Time，您可將代碼部署到 Speedgoat 實時目標機器上。

此外，Speedgoat 支持電力硬件在環(huán)測試，讓您可以測試電池管理系統(tǒng) （BMS）、純電動動力總成系統(tǒng)和可再生能源系統(tǒng)。

編輯：jq