Leonardo DRS执行基于fpga的舰载电力电子系统硬件在环测试

由于Leonardo DRS电力电子系统的规模很大，工程师以前依赖于小规模的原型和硬件试验台，这些原型和试验台的功能并不完整。这种方法使得测试软件与硬件的完整交互范围变得困难。当真正的硬件可用时，测试时间是有限的，因为多个内部和客户团队需要访问它。此外，硬件测试的设计和安排必须避免损坏设备或危及人员。

HIL测试将使Leonardo DRS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设置无法在要求的保真水平上进行微秒采样时间的模拟。该团队评估的一个商用的基于fpga的HIL解决方案需要大量的HDL编程，即使是相对简单的电力电子设计。莱昂纳多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，而无需手动编码HDL。

Leonardo DRS建立了基于Simulink、Simscape electric、Simulink Real-Time、HDL Coder和Speedgoat金宝app实时目标硬件的电力电子HIL仿真工作流程。

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，其中包括来自Simscape Electrical的源、负载、igbt和其他组件块。金宝app

他们使用该工厂模型执行开环模拟，以验证高层设计满足系统需求。他们还使用植物模型与控制器的Simulink模型运行闭环仿真，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了改进并添加了细节。例如，它们将通用IGBT块替换为为设计选择的特定IGBT组件参数化的块。

接下来，团队准备将模型部署到实时HIL目标机器上的FPGA。这个过程包括用转换的线性等价物识别和替换模型的非线性元素。Leonardo DRS的软件工程师亨利·布伦格尔(Henry Brengel)说:“因为我们以1微秒的速率采样，死时间非常小，所以我们并不真正关心系统中的非线性——我们从切换的线性分量中获得所需的所有精度。”

在运行模拟以确保更新的工厂模型显示与早期模型相同的动态行为后，团队使用Simscape HDL Workflow Advisor与Simulink real-时间和HDL Coder从模型生成HDL代码，并将其部署到Speedgoat实时目标硬件的FPGA模块。金宝app

如果有必要减少FPGA资源的利用，团队将切换的线性块替换为平均值块。以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工程师正在生产项目中使用新的HIL工作流，他们正在将其扩展到包括故障测试和已部署电力系统中发现的问题的复制。

• 设计迭代从几天减少到几个小时。Brengel表示:“在真实设备上调试和解决问题很容易就会花费一周的时间，因为我们接触到的设备非常有限。“现在，工程师可以在几个小时内解决同样的问题，因为他们可以立即访问基于Simulink的HIL设置，而且没有损坏昂贵系统组件的风险。”金宝app
• 节省成本、时间和实验室空间。Harper说:“我们使用Simulink、Simscape elec金宝apptric和HDL Coder创建的HIL测试台取代了那些花费数百万美元、需要六个月或一年才能采购并占用我们实验室很大面积的设备。”“我们可以实时测试价值数百万美元的工厂的软件和控制硬件，而不需要工厂，成本只需要一小部分。”
• 用于HIL测试的仿真模型。“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Sim金宝appulink，他们就不必这样了。他们可以使用他们信任的相同模型，每天在FPGA上运行HIL测试，而无需手动将它们翻译成另一种语言。”