Pruebas hardware-in-the-loop (HIL) para electrónica de potencia

Las pruebas hardware-in-the-loop (HIL) son simulaciones en tiempo real que permiten comenzar a probar el código embebido sin necesidad de hardware de sistema. Esto permite probar condiciones anormales y de fallo que pueden dañar el hardware si el código en desarrollo no opera dentro de las especificaciones. Los sistemas de control de electrónica de potencia son parte integral de los sistemas de transporte eléctricos y los sistemas de energía renovable. Validar el código embebido para estos sistemas de control mediante pruebas con prototipos es un reto, ya que el riesgo de daños en el hardware impide ejecutar los sistemas en toda la gama completa de condiciones transitorias.

El rendimiento de la simulación de hardware-in-the-loop depende tanto de la complejidad de la dinámica del sistema eléctrico que se modela como del hardware informático en tiempo real que se utiliza. Por ejemplo, puede elegir cómo modelar el comportamiento de conmutación de la electrónica de potencia del inversor del motor. Es posible utilizar un modelo de inversor de valor medio que promedia la tensión a lo largo del período de conmutación, ya que calcula rápidamente y proporciona la dinámica necesaria. Y, para entender el impacto de los armónicos inyectados por los componentes de electrónica de potencia, es necesario incluir su comportamiento de encendido y apagado y aceptar la carga para el procesador del ordenador hardware-in-the-loop.

Para garantizar el comportamiento en tiempo real cuando se simula el comportamiento de conmutación, es necesario ejecutar la frecuencia de muestreo de simulación 100 veces más rápido que la velocidad de conmutación esperada del sistema real. Por ejemplo, en una aplicación de control de motor que funciona a una frecuencia de conmutación de 10 KHz, la simulación hardware-in-the-loop debe funcionar a 1 MHz para capturar las no linealidades causadas por los dispositivos de conmutación. Para ejecutar una simulación a 1 MHz o más, es necesario que el sistema en tiempo real tenga una latencia de E/S baja y un procesador que pueda alcanzar la frecuencia de funcionamiento.

Cuando se realizan pruebas hardware-in-the-loop para sistemas de electrónica de potencia, no existe una regla absoluta sobre si una CPU o un FPGA es mejor para simular sistemas con dinámica de conmutación. A la hora de decidir, hay que tener en cuenta la complejidad del modelo, los detalles matemáticos de los componentes de electrónica de potencia, los detalles de modelado de las cargas y las fuentes de alimentación, y el número de canales y tipos de E/S de los sistemas de prueba. Puede que descubra que es beneficioso utilizar tanto CPU como FPGA si su sistema hardware-in-the-loop es capaz de particionar el modelo de simulación de escritorio en múltiples núcleos y diferentes tipos de procesadores.

Simulación hardware-in-the-loop con MATLAB y Simulink

Las pruebas de hardware-in-the-loop para sistemas de electrónica de potencia comienzan con una simulación del sistema de control que modela el comportamiento eléctrico de los componentes de circuitos activos y pasivos, las cargas y las fuentes de alimentación. Con Simulink^® y Simscape Electrical™, puede crear y simular su modelo de sistema. Genere código C a partir del modelo eléctrico utilizando Simulink Coder™, y genere código HDL mediante HDL Coder™. Puede desplegar este código en un ordenador en tiempo real para probar el código de control, lo que le permite validarlo en una serie de condiciones de funcionamiento normales y de fallo. Con Simulink Real-Time™ puede desplegar el código en equipos de destino en tiempo real Speedgoat. Además, Speedgoat soporta power hardware-in-the-loop, lo cual permite probar sistemas de administración de baterías (BMS), sistemas de transmisión eléctricos y sistemas de energía renovable. Obtenga más información sobre las pruebas HIL de conversores del lado de la red con Speedgoat.