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硬件在环仿真

硬件在环仿真的英文名是Hardware-In-the-Loop,也被称为HIL,是用实时仿真器同控制器构成闭环测试系统的应用,如下图所示:


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实时仿真器的一个主要用途就是通过IO信号或者通信同控制板构成闭环,来对弱电的控制器进行测试,这样一种测试方式常常也被称为控制器硬件在环仿真测试(Controller Hardware-In-the-Loop Testing)即CHIL测试或半实物仿真测试,这里“硬件”主要是指控制部分已经不是纯软件仿真中的一些控制框图,而是一个真实的控制器或者快速原型控制器。

 

硬件在环仿真优势


 

半实物仿真相比纯软件仿真的优势

对于一些电力系统的实验,出于安全性的考虑,无法在实际系统上进行实验或教学,有使用纯仿真软件进行理论教学。但是纯软件的仿真教学较难让学生对控制方法和被控对象有直观的认识,让学生的学习和认知比较表面。而半实物仿真和纯软件的仿真不同,控制器是真实的硬件控制器。

 

半实物仿真相比小功率物理系统的优势

1)    半实物仿真装置一套设备可以仿真多种被控对象或多个不同的电网拓扑, 达到这些目的只需要更换数学模型;

2)    半实物仿真便于进行各种短路、低电压穿越等故障实验,即使是小功率的物理系统在进行这些故障实验时还是比较危险的;

3)    半实物仿真还便于实现控制器的自动化测试,实现对控制器各种工况的完整覆盖,这个在实物物理设备上是较难实现的


从每种方法的测试特点来看,它们有如下的区别:


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正是由于半实物仿真(硬件在环仿真)的如上优点,这样的开发方式已经被视为现代的控制开发流程中不可缺少的一步,对于缩短控制器的研发周期,确保产品的质量都有非常重要的意义。

 

硬件在环仿真应用



半实物仿真技术结合了普通离线仿真软件和小功率实物模拟的优点,即仿真软件易于改变拓扑,模拟故障工况的优点;小功率实物模拟具有同实际控制器构成闭环的优点, 因此半实物仿真已成为电力和新能源行业科研、研发与测试的重要工具;尤其是在如下的两种场合:


电网相关的实验 :对于研究网(电网,微网)这样的级别,或者设备和网互动(低压穿越,阻抗分析,高铁车网低频振荡)这样的问题,大都是在微缩的物理系统上做实验,不管是在成本、技术还是安全性上都是有一定的困难的,半实物仿真其实是很好的研究手段。


故障、极限工况和自动化测试等:尤其是对于大功率系统,半实物仿真对各种危险和极限工况很有意义的;而工业上需要的一些自动化、大批量的测试更是只有在半实物仿真平台上才能实现。

 

应用领域

正由于半实物仿真的优势,其在高校和工业界都得到了越来越多的应用。


基于半实物仿真的实验系统引进先进理念和技术,支持设计型、研究型创新实验的开展,适应创新型人才和卓越工程师的培养需要;提供产、学、研一体化的校企科研合作平台,为不同科研领域和前沿方向,培养行业拔尖的具有实践动手能力和创新精神的复合型工程技术人才。


在工业界,半实物仿真对于研究新的控制方法,缩短研发周期,确保产品的质量都有重要的意义,利用半实物仿真进行测试已经成为电网、电力电子和电机驱动行业中控制器开发流程中不可缺少的一步。

 


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