電機(jī)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道、兵器、船舶、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，隨著電機(jī)控制系統(tǒng)交流化、數(shù)字化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)，利用半實(shí)物仿真提高系統(tǒng)的開發(fā)效率越來越受到重視。在針對(duì)伺服控制器成品的測(cè)試驗(yàn)證階段，HIL 半實(shí)物仿真可以根據(jù)測(cè)試對(duì)象、測(cè)試方法的不同，分為信號(hào)級(jí)、功率級(jí)和機(jī)械級(jí)三種形式。

電機(jī)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真簡(jiǎn)介
        信號(hào)級(jí)HIL：測(cè)試系統(tǒng)利用基于FPGA 的高速實(shí)時(shí)仿真技術(shù)來模擬逆變器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械負(fù)載。測(cè)試對(duì)象為伺服控制器。信號(hào)級(jí)HIL 已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，具有造價(jià)低、組建靈活等特點(diǎn)。但是，由于控制器成品往往將控制器與驅(qū)動(dòng)器做成一體，信號(hào)級(jí)HIL 必須由待測(cè)控制器提供電流反饋接口，否則無法完成電流閉環(huán)，同時(shí)，信號(hào)級(jí)HIL 也無法實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器（驅(qū)動(dòng)放大部分電路）的測(cè)試，所以其測(cè)試對(duì)象覆蓋面窄，可在單獨(dú)測(cè)試電機(jī)控制器控制邏輯時(shí)選用信號(hào)級(jí)HIL。
        機(jī)械級(jí)HIL：利用仿真設(shè)備通過電機(jī)拖動(dòng)臺(tái)架子系統(tǒng)與待測(cè)電機(jī)及控制器進(jìn)行機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械負(fù)載的模擬。測(cè)試對(duì)象為包括控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、傳動(dòng)的完整伺服控制系統(tǒng)。該方法是針對(duì)伺服系統(tǒng)的完整測(cè)試方法，也常常作為出廠檢測(cè)的手段，但是也有造價(jià)高、周期長(zhǎng)、占地大等局限，并且難以模擬多自由度負(fù)載。在測(cè)試整套電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的響應(yīng)特性時(shí)可選用機(jī)械級(jí)HIL。
        功率級(jí)HIL：測(cè)試系統(tǒng)利用FPGA 高速實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、變頻器對(duì)拖技術(shù)模擬電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載。測(cè)試對(duì)象為控制器和驅(qū)動(dòng)器。該方法可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)控制系統(tǒng)更全面測(cè)試，但由于其技術(shù)難度很高，長(zhǎng)期被國(guó)外廠商壟斷，價(jià)格居高不下。功率級(jí)HIL 不需要待測(cè)控制器成品提供電流反饋接口，可通過調(diào)節(jié)參數(shù)改變電機(jī)負(fù)載大小，在測(cè)試電機(jī)控制器邏輯及驅(qū)動(dòng)器在真實(shí)電流條件下的性能時(shí)可選用功率級(jí)HIL。

● 功率級(jí)HIL 的優(yōu)點(diǎn)：

◆  不需對(duì)控制器成品進(jìn)行接口改造即可測(cè)試控制器成品的控制算法+ 驅(qū)動(dòng)器

◆  可測(cè)試控制器成品的全部傳感器在高頻大電流環(huán)境下的性能

◆  一個(gè)功率級(jí) HIL 平臺(tái)可覆蓋多種電機(jī)控制器的測(cè)試，通過修改模型參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電機(jī)、負(fù)載的模

◆  不存在機(jī)械級(jí) HIL 的安全隱患，也可模擬多自由度負(fù)載

◆  不存在機(jī)械級(jí) HIL 中的同軸度問題

◆  占地面積小，實(shí)施周期短

◆  可實(shí)現(xiàn)故障注入

潤(rùn)科通用功率級(jí)HIL：PowerHIL

● 基本原理及組成
        PowerHIL 主要由HiGale 實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)和電機(jī)電力模擬子系統(tǒng)兩部分組成。HiGale 實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)負(fù)責(zé)電機(jī)模型與電流復(fù)合控制模型的實(shí)時(shí)解算；電機(jī)電力模擬負(fù)載子系統(tǒng)通過變流技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相負(fù)載電流的模擬。電機(jī)功率級(jí)HIL 原理如下圖：

電機(jī)電力模擬子系統(tǒng)又包括創(chuàng)新型主電路、對(duì)拖電抗器、信號(hào)采集單元、電流傳感器、電壓傳感器。應(yīng)用脈沖分配技術(shù)、多橋臂并聯(lián)技術(shù)、復(fù)合控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高帶寬、高精度的三相電流控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電氣特性的高動(dòng)態(tài)模擬。
        除HiGale 實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)和電機(jī)電力模擬子系統(tǒng)外，PowerHIL 包括信號(hào)適配單元和斷線測(cè)試單元。信號(hào)適配單元用于理線，對(duì)接控制器成品接口；斷線測(cè)試單元用于實(shí)時(shí)仿真機(jī)輸出信號(hào)測(cè)量和斷線測(cè)試。其機(jī)柜布局如下圖:

下圖為國(guó)產(chǎn)某小功率控制器功率級(jí)HIL 的效果圖和實(shí)驗(yàn)監(jiān)控界面，效果圖中，黑色曲線代表電機(jī)轉(zhuǎn)速，紅、綠、藍(lán)色曲線分別代表U、V、W 相電流。

● 主要特點(diǎn)：

 ◆   基于 FPGA的 100ns級(jí)電機(jī) +逆變器高速動(dòng)態(tài)仿真

◆   可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)控制器 +驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)控制器成品的整體測(cè)試