電機控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道、兵器、船舶、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，隨著電機控制系統(tǒng)交流化、數(shù)字化、集成化的發(fā)展趨勢，利用半實物仿真提高系統(tǒng)的開發(fā)效率越來越受到重視。在針對伺服控制器成品的測試驗證階段，HIL 半實物仿真可以根據(jù)測試對象、測試方法的不同，分為信號級、功率級和機械級三種形式。

電機控制系統(tǒng)半實物仿真簡介
        信號級HIL：測試系統(tǒng)利用基于FPGA 的高速實時仿真技術(shù)來模擬逆變器、電動機、機械負載。測試對象為伺服控制器。信號級HIL 已經(jīng)在國內(nèi)各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，具有造價低、組建靈活等特點。但是，由于控制器成品往往將控制器與驅(qū)動器做成一體，信號級HIL 必須由待測控制器提供電流反饋接口，否則無法完成電流閉環(huán)，同時，信號級HIL 也無法實現(xiàn)對逆變器（驅(qū)動放大部分電路）的測試，所以其測試對象覆蓋面窄，可在單獨測試電機控制器控制邏輯時選用信號級HIL。
        機械級HIL：利用仿真設(shè)備通過電機拖動臺架子系統(tǒng)與待測電機及控制器進行機械連接，實現(xiàn)對機械負載的模擬。測試對象為包括控制器、驅(qū)動器、電機、傳動的完整伺服控制系統(tǒng)。該方法是針對伺服系統(tǒng)的完整測試方法，也常常作為出廠檢測的手段，但是也有造價高、周期長、占地大等局限，并且難以模擬多自由度負載。在測試整套電機傳動系統(tǒng)對負載的響應(yīng)特性時可選用機械級HIL。
        功率級HIL：測試系統(tǒng)利用FPGA 高速實時仿真技術(shù)、變頻器對拖技術(shù)模擬電動機和機械負載。測試對象為控制器和驅(qū)動器。該方法可以實現(xiàn)針對控制系統(tǒng)更全面測試，但由于其技術(shù)難度很高，長期被國外廠商壟斷，價格居高不下。功率級HIL 不需要待測控制器成品提供電流反饋接口，可通過調(diào)節(jié)參數(shù)改變電機負載大小，在測試電機控制器邏輯及驅(qū)動器在真實電流條件下的性能時可選用功率級HIL。

● 功率級HIL 的優(yōu)點：

◆  不需對控制器成品進行接口改造即可測試控制器成品的控制算法+ 驅(qū)動器

◆  可測試控制器成品的全部傳感器在高頻大電流環(huán)境下的性能

◆  一個功率級 HIL 平臺可覆蓋多種電機控制器的測試，通過修改模型參數(shù)即可實現(xiàn)對不同電機、負載的模

◆  不存在機械級 HIL 的安全隱患，也可模擬多自由度負載

◆  不存在機械級 HIL 中的同軸度問題

◆  占地面積小，實施周期短

◆  可實現(xiàn)故障注入

潤科通用功率級HIL：PowerHIL

● 基本原理及組成
        PowerHIL 主要由HiGale 實時仿真子系統(tǒng)和電機電力模擬子系統(tǒng)兩部分組成。HiGale 實時仿真子系統(tǒng)負責電機模型與電流復合控制模型的實時解算；電機電力模擬負載子系統(tǒng)通過變流技術(shù)實現(xiàn)對三相負載電流的模擬。電機功率級HIL 原理如下圖：

電機電力模擬子系統(tǒng)又包括創(chuàng)新型主電路、對拖電抗器、信號采集單元、電流傳感器、電壓傳感器。應(yīng)用脈沖分配技術(shù)、多橋臂并聯(lián)技術(shù)、復合控制技術(shù)實現(xiàn)高帶寬、高精度的三相電流控制，從而實現(xiàn)對電機電氣特性的高動態(tài)模擬。
        除HiGale 實時仿真子系統(tǒng)和電機電力模擬子系統(tǒng)外，PowerHIL 包括信號適配單元和斷線測試單元。信號適配單元用于理線，對接控制器成品接口；斷線測試單元用于實時仿真機輸出信號測量和斷線測試。其機柜布局如下圖:

下圖為國產(chǎn)某小功率控制器功率級HIL 的效果圖和實驗監(jiān)控界面，效果圖中，黑色曲線代表電機轉(zhuǎn)速，紅、綠、藍色曲線分別代表U、V、W 相電流。

● 主要特點：

 ◆   基于 FPGA的 100ns級電機 +逆變器高速動態(tài)仿真

◆   可以實現(xiàn)針對控制器 +驅(qū)動器的電機控制器成品的整體測試