Leonardo Drs对船上电源电子系统进行了基于FPGA的硬件循环测试

由于Leonardo Drs Power Electronics Systems的大规模，以前依靠小型原型和硬件测试床的工程师，这些产品不足。这种方法使得难以测试与硬件的完整软件交互。当全尺寸硬件变为可用时，测试时间有限，因为需要访问它的多个内部和客户团队。此外，必须设计对硬件的测试，以避免损坏设备或危及人员。

HIL测试将使Leonardo DRS的工程师能够安全地进行全面的软件测试。然而，运行C代码的基于cpu的HIL设置不能在要求的保真级别上使用微秒采样时间进行模拟。团队评估的一个基于fpga的商用HIL解决方案需要大量的HDL编程，即使对于相对简单的电力电子设计也是如此。Leonardo的工程师需要对电力电子设计进行高保真、微秒级的HIL测试，而不需要手动编码HDL。

Leonardo Drs建立了基于Simulink，Simscape电气，Simulink实时，HDL编码器和Speedgoat实时目标硬件的电力电子设备HIL仿真金宝app工作流程。

在此工作流程中，工程团队在Simulink中开发了一个高级工厂模型，包括Simscape Electrical的源，负载，IGBT和其他组件块。金宝app

他们用这个工厂模型进行开环模拟，以验证高层设计满足系统要求。他们还使用工厂模型与控制器的Simulink模型进行闭环仿真，以验证控制器的功能。金宝app

随着硬件设计的进展，团队对工厂模型进行改进和添加细节。例如，它们用为设计所选择的特定IGBT组件参数化的模块代替一般的IGBT模块。

接下来，该团队在实时HIL目标机器上准备部署到FPGA的模型。该过程包括用交换线性等同物识别和替换模型的非线性元素。“Because we sample at one-microsecond rates and our dead time is so small, we don’t really care about nonlinearities in the system—we get all the accuracy we need from switched linear components,” says Henry Brengel, software engineer at Leonardo DRS.

运行仿真后，确保更新的工厂模型与早期型号相同的动态行为，使用Simscape HDL工作流程顾问使用Simulink实时和HDL编码器来生成来自模型的HDL代码并将其部署到FPGA模块金宝appspeedgoat实时目标硬件。

如果有必要降低FPGA资源利用率，该团队将用平均值块替换交换线性块。通过这种方式降低模型保真度，可以使HIL测试以50纳秒的采样时间运行。

Leonardo DRS的工程师正在生产项目中使用新的HIL工作流，并将其扩展到包括故障测试和已部署电力系统问题的复制。

• 设计迭代从天到几小时减少。“调试和解决真正的设备问题可以轻松花费一周，因为我们的访问是如此有限，”布伦格尔说。“现在，工程师可以在几个小时内解决这些问题，因为它们立即访问了基于Simulink的HIL设置，并且没有损坏昂贵的系统组件的风险。”金宝app
• 节省成本，时间和实验室空间。“HIL TestBench我们使用Simulink，Simscape金宝app Electric和HDL编码器替换成本数百万美元的设备，需要六个月或一年来采购，并在我们实验室中消耗一个巨大的区域，”哈珀说。“我们可以在实时测试多百万美元植物的软件和控制硬件 - 没有植物，并以成本的一小部分。”
• 为HIL测试重用的仿真模型。“我们的工程师擅长电力电子设计，但不是HDL编程的专家，”Harper说。有了Simu金宝applink，他们就不必如此了。他们可以使用自己信任的相同模型，每天在FPGA上运行模拟运行HIL测试，而无需手动将其翻译成另一种语言。”