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清华大学 - 基于HIL与RCP的完整项目研发体系
电力电子具有拓扑多样、控制复杂、应用灵活的特点,在实验教学和科研开发中要求构建一种适应这种特点的开放平台,我们构建的电力电子HIL系统与RCP系统将需求变为现实,是教学和科研的好助手。

—    毕大强   清华大学电力电子与电机控制实验室

需求

清华大学电机系国家级电气工程实验教学示范中心电力电子与电机控制实验室希望建立起一套完整的通用电力电子系统教学与科研平台,一方面可以帮助学生安全、方便、有效地理解所学电力电子知识的实验环境,提高自主创新实践能力;同时可快速地为科研提供从理论仿真,算法验证,到实物搭建的整个开发过程。要达到以上需求,需要满足以下条件:

  • 便捷的使用环境:

要让学生尽快的熟悉使用,需要选择一个用户比较容易接受和学习的软硬件使用平台。比如图形化的建模界面,兼容学生目前常用的软件平台,模型一键下载无需额外编译过程等等。这样能够大大加快整体项目的开发周期。

  • 通用的系统平台:

能够满足不同用户的不同科研需求,不同需求的调整主要体现在软件上的调整,不用再重新设计定制的硬件系统。这样能够最大限度的利用平台,发挥通用研发平台的价值。

  • 具备灵活性与扩展性:

作为科研平台建设,希望产品的后期维护和升级比较完善,让设备可以跟得上最新技术的发展和潮流,避免经费的浪费。

  • 完整的平台体系:

用户需要完成理论仿真,算法快速验证,实物搭建整个过程的实现,科研平台需要满足不同阶段的任务的无缝连接。完整的平台体系能够最大程度的帮助客户节省时间与精力,不用重复地在不同平台间切换和重复开发。

技术实现

整套系统流程包括:基于StarSim/第三方仿真软件的离线仿真验证;利用StarSim相关模块以及半实物仿真平台,将被控对象与控制算法分别下载到电力电子半实物仿真器和快速原型控制器中,形成HIL加RCP两个半实物仿真平台的闭环测试系统。然后将HIL系统替换成真实的被控对象(如电机),RCP系统直接控制实际功率设备,完成实际系统的算法验证以及效果测试。



整套平台的组成包括:RCP系统、HIL系统、以及实物系统。离线仿真完成后,将控制算法和被控对象分别下载到RCP平台与HIL平台进行实时验证,半实物仿真验证无误后,再进行实际系统的调试。这样能够最大程度的规避实际系统调试的不可预知错误导致的时间与资源上的浪费,避免设备损坏以及人身危险。因此这种基于离线仿真到半实物仿真,再到实物系统验证的整体平台是一种十分高效的科研手段。


实验结果图 


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