电力电子和电力传动技术飞速发展

硬件在环（HIL）技术应用价值不断攀升

工业领域借此前沿技术取得一次次突破

高校实验教学该如何接轨这一新技术

清华大学DSP-HIL教学实验平台为您揭晓答案

 

清华大学电机系电力电子与电机控制实验室设计了一种创新型硬件在环（DSP-HIL）教学实验平台并把成果发表于如下核心期刊：

毕大强,郭瑞光,陈洪涛.电力电子与电力传动DSP-HIL教学实验平台设计[J].实验技术与管理,2019,36(1):226-229.

平台搭载远宽能源（ModelingTech）前沿的us级HIL（硬件在环）技术，可应用于电力电子与电力传动领域的教学、科研和开发，助力实现先进控制算法快速验证和产品控制器的快速研发。

 

平台外观图

 

平台拓扑结构

电力电子与电力传动DSP-HIL平台的拓扑结构如下图所示。实验平台由PC上位机、DSP控制器和StarSim仿真器（配置NI硬件，下同）组成。DSP控制器运行电力电子与电力传动系统控制算法；StarSim仿真器运行电力电子与电力传动系统的功率电力部分；PC上位机实现电力电子技术算法的研究和电力电子功率电路的搭建，并且负责为DSP下载控制算法，为StarSim仿真器下载功率电路模型。

 

平台的拓扑结构

该平台采用StarSim实时仿真器负责运行实时主电路模型， StarSim HIL软件将模型导入仿真器中。采用MATLAB/Simulink代码生成技术将仿真控制算法快速生成控制代码，利用CCS软件将生成的控制算法下载到DSP28335控制器中，实现对主电路模型的控制。验证仿真控制算法在实际控制中性能，消除在实际控制中存在的缺陷，以及测试极端情况、故障情况下控制器的功能是否完善。减少算法二次编程以及验证的时间，提高先进算法在电力电子与电力传动系统控制中应用的效率，方便学生快速设计复杂电力电子系统的算法。

平台优势

1.虚实结合，保证实验开发测试的安全、完整和快速
以虚代实：该虚拟仿真实验平台可对新能源电力和电力电子系统测试中存在的复杂程度高、重复性差、危险性高和极限条件等测试，以虚代实，为实验测试人员提供安全便捷的测试环境；

以虚补实：针对大型风机、输电线路和大电网等高成本高消耗型设备，借助半实物仿真技术，以虚补实，保证系统测试的完整性；

以虚验实：仿真器上运行的主电路模型和实际的DSP控制器构成闭环系统，以虚验实，实现先进控制算法快速验证和产品控制器的快速研发。

2.融会贯通，全方位锻炼学生知识、能力和思维
高阶：该实验教学平台要求学生有机融合电力电子与电力传动电路拓扑和控制算法搭建相关知识和逻辑理解、问题分析、算法创新能力，并通过理论和实践储备解决复杂控制等问题的综合能力和高级思维；

创新：实验内容涵盖HIL仿真技术，学生能够在实验中接触最新微电网控制、电动汽车驱动控制等当代正在改变能源结构和人们出行的前沿技术，仿真测试结果能够与工程实际相结合，促进学生理论与实际应用接轨，在实验创新中探索新的控制算法；

挑战：相对传统实训平台，该虚拟仿真设计型实验对学生的理论要求更高，学生需要对电路理论、控制理论和simulink等编程有一定的掌握，可提升学生的实验能力。

3.始于需求，满足科研教学人员“专注-直观-自由”新期待
专注：平台中仿真器搭载远宽StarSim HIL软件，支持模型一键式导入，无需其他任何编程编译；针对不同教学和学生的需求，控制侧既可采用代码生成技术，编程方式简单，可也自主编程开发，灵活与教学内容和目的匹配；

直观：StarSim仿真器和控制器虚实结合，通过实际的物理IO接口实现信号级的实时交互，上位机实时监测系统参数，使学生更加直观地理解主电路内部运行情况；

自由：学生可任意搭建主电路拓扑和控制算法，电路参数修改灵活，可适用于不同课程，开发更多实验资源，充分发挥学生的算法设计想象力和创新力。

 

在该平台上你可以实现如下方向的实验课程：

电力电子技术、电机控制、电力系统中的电力电子、新能源发电技术等。

 

由于平台的开放性，用户可以自己添加更多的教学或创新型的实验内容，还可以结合信息网络技术建设成为具有线上可控的远程虚拟仿真实验系统。

 

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