Tests Hardware-in-the-Loop (HIL) d'électronique de puissance

Les tests Hardware-in-the-Loop (HIL) sont des simulations temps réel qui vous permettent de commencer à tester votre code embarqué sans hardware. Vous pouvez ainsi tester des scénarios anormaux et dysfonctionnels susceptibles d'endommager les composants hardware si le code en cours de développement est exécuté en dehors des spécifications. Les systèmes de contrôle d'électronique de puissance font partie intégrante des systèmes électriques de transport et de production d'énergie renouvelable. La validation du code embarqué pour ces systèmes de contrôle en testant des prototypes constitue un défi important, car le risque d'endommagement des composants hardware empêchent l'exécution des systèmes dans l'ensemble des conditions transitoires.

Les performances des simulations Hardware-in-the-Loop dépendent à la fois de la complexité de la dynamique des systèmes électriques que vous modélisez et du hardware temps réel que vous utilisez. Par exemple, vous pouvez choisir comment modéliser le comportement des commutateurs d'électronique de puissance de l'onduleur du système d'entraînement moteur. Vous pouvez utiliser le modèle d'onduleur moyen, qui permet d'obtenir la moyenne de la tension durant la période de commutation, permettant d’effectuer les calculs rapidement et de fournir la dynamique nécessaire. En outre, pour comprendre l'impact des harmoniques introduits par les composants d'électronique de puissance, vous devez inclure leur comportement marche/arrêt et imposer cette charge au processeur du système Hardware-in-the-Loop.

Pour veiller à ce que la simulation des comportements de commutation temps réel s'effectue correctement, vous devez simuler à une fréquence d'échantillonnage 100 fois plus élevée que la fréquence de commutation attendue du système réel. Par exemple, pour le contrôle d’un moteur dont la fréquence de commutation est de 10 kHz, la simulation Hardware-in-the-Loop doit être exécutée à 1 MHz pour capturer les non-linéarités causées par les commutateurs. Pour simuler à 1 MHz et plus, le système temps réel doit disposer d'une latence en E/S suffisamment faible et d'un processeur capable d'atteindre la fréquence de fonctionnement requise.

Dans le cadre des tests Hardware-in-the-Loop pour des systèmes d'électronique de puissance, il n'existe pas de consensus clair quant à la supériorité d'un CPU ou d'un FPGA pour simuler des systèmes comportant des dynamiques de commutation. Pour effectuer votre choix, vous devez tenir compte de la complexité du modèle, des détails mathématiques des configurations d'électronique de puissance, des détails de modélisation des charges et des systèmes d'alimentation, ainsi que du nombre de canaux et du type d'E/S du système testé. Il peut s'avérer avantageux d'utiliser à la fois des CPU et des FPGA si votre système Hardware-in-the-Loop est capable de partitionner le modèle de simulation sur plusieurs cœurs et sur différents types de processeurs.

Simulation Hardware-in-the-Loop avec MATLAB et Simulink

Le test Hardware-in-the-Loop de systèmes d'électronique de puissance commencent par une simulation du système de contrôle qui modélise le comportement électrique des charges, des systèmes d'alimentation et des composants de circuit actifs et passifs. Avec Simulink^® et Simscape Electrical™, vous pouvez créer et simuler votre modèle système. Vous pouvez également générer du code C à partir du modèle électrique grâce à Simulink Coder™, et générer du code HDL avec HDL Coder™. Il est ensuite possible de déployer ce code sur une cible temps réel pour tester le code du contrôleur, ce qui vous permet de le valider dans un large éventail de conditions de fonctionnement normales et anormales. Avec Simulink Real-Time™, vous pouvez déployer le code sur des machines temps réel Speedgoat. Par ailleurs, Speedgoat supporte le Power-Hardware-in-the-Loop (P-HIL), ce qui vous permet de tester des systèmes de gestion de batterie (BMS, Battery Management Systems), des systèmes de transmission électriques et des systèmes d'énergie renouvelable. En savoir plus sur les tests HIL de convertisseurs côté réseaux avec Speedgoat.