HIL(Hardware-in-the-Loop) -Tests für Leistungselektronik

HIL (Hardware-in-the-Loop) -Tests sind Echtzeitsimulationen, mit denen Sie Ihren Embedded Code testen können, ohne Leistungselektronik-Hardware zu benötigen. So können Sie auf abnormale Bedingungen und Fehlerbedingungen testen, bei denen die Leistungselektronik-Hardware beschädigt werden könnte, wenn der entwickelte Code nicht den Spezifikationen entspricht. Regelungssysteme für die Leistungselektronik sind integraler Bestandteil von Elektrofahrzeugen und Systemen für erneuerbare Energien. Die Validierung von Embedded Code für diese Regelungssysteme durch Prototypen-Tests ist schwierig, da immer das Risiko besteht, Hardware zu beschädigen, wenn Sie Ihre Systeme unter allen transienten Bedingungen auszuprobieren.

Die Leistungsfähigkeit einer Hardware-in-the-Loop-Simulation hängt sowohl davon ab, wie komplex die Dynamik des elektrischen Systems ist, das Sie modellieren, als auch von der verwendeten Echtzeitcomputer-Hardware. Beispielsweise können Sie wählen, wie Sie das Schaltverhalten der Leistungselektronik eines Motorumrichters modellieren möchten. Sie können ein Umrichtermodell verwenden, das auf der gemittelten Spannung in der Schaltperiode basiert. Ein solches Modell kann schnell berechnet werden und bietet die erforderliche Dynamik. Um die Auswirkungen der von Leistungselektronik-Komponenten verursachten Oberwellen zu analysieren, müssen Sie das Ein- und Ausschaltverhalten von Leistungshalbleitern berücksichtigen, wasdie Belastung für den Prozessor des Hardware-in-the-Loop-Computers in die Höhe treibt.

Um das Schaltverhalten zuverlässig in Echtzeit zu simulieren, müssen Sie die Abtastfrequenz Ihrer Simulation 100-mal so schnell wählen wie die erwartete Schaltgeschwindigkeit des realen Systems. Beispielsweise muss in einer Motorregelungsanwendung, die mit einer Schaltfrequenz von 10 kHz ausgeführt wird, die Hardware-in-the-Loop-Simulation mit 1 MHz ausgeführt werden, um Vorgänge zu erfassen, die durch Schaltelemente verursacht werden. Um eine Simulation bei 1 MHz und höher auszuführen, benötigen Sie ein Echtzeitsystem mit geringer E/A-Latenz und einen Prozessor, der diese Taktfrequenz erreichen kann.

Bei der Durchführung von Hardware-in-the-Loop-Tests für Leistungselektronik-Systeme gibt es keine allgemeingültigen Leitlinien, um zu entscheiden, ob eine CPU oder ein FPGA für die Simulation von Systemen mit Schaltdynamik besser ist. Sie müssen die Komplexität des Modells, die mathematischen Details der Leistungselektronik, die Modellierungsdetails der Lasten und Stromversorgungen sowie die Anzahl der Kanäle und die Arten von Testsystem-E/As berücksichtigen. Es kann hilfreich sein, sowohl CPUs als auch FPGAs zu verwenden, wenn Ihr Hardware-in-the-Loop-System das PC-Simulationsmodell auf mehrere Kerne und verschiedene Arten von Prozessoren aufteilen kann.

Hardware-in-the-Loop-Simulation mit MATLAB und Simulink

Hardware-in-the-Loop-Tests für Leistungselektronik-Systeme beginnen mit einer Simulation des Regelungssystems, die das elektrische Verhalten der aktiven und passiven Schaltungskomponenten, der Lasten und der Stromversorgungen modelliert. Mit Simulink^® und Simscape Electrical™ können Sie Ihr Systemmodell erstellen und simulieren. Generieren Sie mit Simulink Coder™ C-Code aus dem elektrischen Modell und generieren Sie mit HDL Coder™ HDL-Code. Sie können diesen Code auf einem Echtzeit-Computer verwenden, um Steuerungs- und Regelungscode zu testen. So können Sie ihn für eine Reihe normaler und fehlerhafter Betriebsbedingungen validieren. Mit Simulink Real-Time™ können Sie den Code auf Echtzeit-Plattformen von Speedgoat einsetzen. Außerdem unterstützt Speedgoat Power­Hardware-in-the-Loop, sodass Sie Batteriemanagementsysteme (BMS), elektrische Antriebsstränge und Systeme für erneuerbare Energien testen können. Erfahren Sie mehr über HIL-Tests von gitterseitigen Konvertern mit Speedgoat.