主要收获
- 控制器-HIL 和电源-HIL 测试分别针对不同的开发阶段，但都依靠精确的实时仿真来降低设计风险和成本。
- 实时仿真可确保确定的时间、可重复的验证和更快的反馈，从而在每个工程阶段建立信心。
- 将控制器-HIL 和电源-HIL 结合到一个工作流程中，可帮助原始设备制造商验证嵌入式控制软件和硬件的性能，而无需冗余设置。
- 结构化的验证计划--包括明确的要求、模型分区、安全接口和自动化--可保持项目的高效性和可追溯性。
- OPAL-RT 可为工程师提供可扩展的平台和实时保真度，从控制器设计到电源集成，都能为工程师带来可衡量的信心。
实时 HIL 可在硬件到达工作台之前为您提供证明，而不是猜测。控制代码可在严格的时间条件下满足设备行为，因此您可以在更改成本较低时发现问题。当模型、控制器和电源接口使用相同的语言时，团队的行动会更快。每次测试都与要求、信号和限制直接相关，因此信心倍增。
硬件在环（HIL）缩短了从概念到安全、可靠发布的过程。控制器硬件在环 (C-HIL)，通常写为控制器-HIL，主要针对带有模拟工厂信号的嵌入式控制器。功率硬件在环 (PHIL)，通常简称为功率-HIL，在功率放大器和测试硬件之间引入功率流。每种方法都支持不同的阶段，但都依靠实时仿真来控制时序、保真度和安全性。
了解控制器-HIL 和电源-HIL 如何支持 OEM 开发
Controller-HIL 通过电信号和通信总线将真实控制器与模拟工厂连接起来。控制器运行生产代码或接近最终的构建，而模拟器则产生传感器输入并读取执行器输出。早在完整原型出现之前，您就可以提前验证逻辑、时序和输入/输出。这种方法减少了算法、诊断和通信行为的不确定性。
Power-HIL 增加了一个受控电源接口，这样硬件就能看到运行时的电流和电压。模拟器仍在计算设备动态，但功率级会驱动或吸收能量，以行使转换器、驱动器或保护功能。工程师可以强调限制、观察反应，并在安全边界内调整保护功能。结合使用可让团队从软件信心提升到功率级保证，而无需重新设置工作流程。
探索控制器-HIL 测试与电源-HIL 测试的区别
控制器-HIL 与电源-HIL 的主要区别在于被测设备是否存在实际的电源传输。控制器-HIL 使用信号级接口来验证嵌入式控制逻辑、定时和通信。Power-HIL 则引入功率放大器，使设备在受控条件下体验电流和电压。每种方法都针对不同的风险，相互补充，减少集成过程中的意外情况。
"控制代码在时间紧迫的情况下满足工厂行为，因此，在更改成本仍然很低的情况下就能发现问题。
测试环的范围
Controller-HIL 专注于嵌入式控制器、输入/输出和软件状态机。设备动态在实时模拟器上运行，所有物理交互都保持在安全信号水平。这样既能降低硬件风险，又能发现定时抖动、任务超限和故障处理漏洞。工程师获得了一种可重复的方法来测试边缘情况，而在带电源的工作台上测试边缘情况会很困难或不安全。
Power-HIL 将环路扩展到包括功率级和被测设备之间的能量传递。模拟器计算网络或设备行为，而放大器则模拟电气条件。这为依赖真实电流和电压的转换器、驱动器和保护方案增添了真实感。团队可在受控压力下观察热趋势、饱和效应和保护跳闸。
典型信号电平和接口
控制器-HIL 使用低压接口，如模拟输入、数字输出、控制器局域网 (CAN)、以太网或脉宽调制 (PWM)。信号调节复制了传感器和执行器，延迟时间保持确定。由于能源保持最低水平，因此安全管理更加容易。在对软件进行全面测试的同时，硬件仍受到保护。
Power-HIL 使用与目标设备和测试包络相适应的功率放大器。电流环路、电压限制和硬件保护确保了测试的安全性和可重复性。电缆、连接器和测量路径与电源工作台上使用的相同。工程师可以深入了解阻抗、开关行为和有意义负载下的热余量。
模型保真度和时间限制
控制器-HIL 依赖于能捕捉控制决策所需动态的模型。时间步长、数值方法和求解器的选择侧重于控制器的闭环稳定性。模拟器必须满足严格的期限要求，避免超时，因此精益模型非常重要。保真度的目标是控制器的需要，而不是整个动力级的物理特性。
Power-HIL 进一步提高了开关效应、网络交互和保护动态的保真度。电厂模型必须保持较小的时间步长和较高的带宽，才能正确驱动放大器。现场可编程门阵列 (FPGA) 加速通常有助于捕捉快速现象。我们的目标是在严格的实时裕度范围内进行安全、准确的功率仿真。
安全、成本和风险态势
控制器-HIL 在信号级进行测试，因此风险较低，运行成本也较低。工程师可以在不损坏昂贵硬件的情况下，快速改进算法、诊断和通信。这种方法非常适合早期验证和回归测试。覆盖范围稳定增长，维护成本低，重复利用率高。
由于放大器、保护和安全程序的存在，Power-HIL 带来了更高的复杂性和成本。而对转换器、驱动器和保护设置的信心则会增加。团队减少了开机过程中可能出现的后期意外。从控制器-HIL 到电源-HIL 的有计划切换可保持可接受的风险。
| 方面 | 控制器-HIL | power-HIL | 典型的 OEM 用途 |
| 回路中的能量 | 仅信号电平 | 实际电流和电压 | 软件逻辑与功率级行为 |
| 首要目标 | 验证嵌入式控制代码和时序 | 验证电源下的硬件响应 | 早期设计与整合和压力 |
| 安全姿态 | 更低、更简单的程序 | 更高，需要保护和限制 | 快速迭代与功率保证 |
| 模式要求 | 以控制为导向的保真度 | 以功率为导向的保真度和带宽 | 功能测试与保护和性能 |
| 设备 | 输入/输出、实时模拟器 | 输入/输出、实时模拟器、功率放大器 | 控制器工作台与动力工作台 |
控制器-HIL 和电源-HIL 在相同的开发路径上满足不同的需求。信号级测试可提高软件质量和接口可靠性。功率级测试可确认硬件行为、保护设置和能量交互。一个协调的计划可同时使用这两种方法，以实现全面覆盖，避免浪费精力。
为什么实时仿真对准确验证和加快设计周期至关重要？
实时仿真使模型和硬件在确定的时间步长内保持一致。时间的确定性揭示了离线工具可能隐藏的调度冲突。如果模拟器能保证每个时间点的最后期限，工程师就会相信模拟结果。当故障可以被快速复制、测量和修复时，决策就会变得更加容易。
- 负载下的确定性计时：当控制器任务运行时，实时执行会保持截止时间。您可以看到错过的周期、超限和延迟峰值，而这些问题很容易解决。由于在重复运行时行为保持一致，因此信心也会增加。
- 早期暴露边缘案例：故障、瞬态和传感器掉电可以无风险重放。您可以通过明确的通过或失败证据来验证监控、回退模式和警报。团队可在硬件出现压力之前调整阈值。
- 保护贵重硬件： 信号级测试可避免在早期逻辑检查中造成损坏。Power-HIL 增加了保护和限制功能，因此压力情况仍然可控。设备寿命更长，预算更宽裕。
- 更快的校准循环参数即时更改，效果即时显现。工程师可快速比较策略，并保留最佳候选方案。实时模拟减少了迭代之间的等待时间。
- 跨工作台和团队扩展：使用共享模型和脚本，在不同的实验室以相同的方式运行场景。版本化的案例使不同版本的结果保持一致。由于测试读起来就像规范一样，因此协作性得到了提高。
实时仿真减少了设计、验证和集成过程中的不确定性。问题会在关键时刻浮现，而不是在数周之后。团队可重复使用方案、比较构建情况并对指标进行趋势分析，减少了摩擦。在不牺牲质量或安全的前提下，进度得以改善。
控制器-HIL 如何加强嵌入式控制设计和验证
工程师利用控制器-HIL 根据代表性工厂动态验证软件逻辑。确定性时序暴露了可能通过桌面运行而疏漏的调度问题。I/O 行为、通信和故障处理在严格控制下进行测试。可追溯的证据支持设计审查、审计和签核。
"受控压力揭示了真正的裕度。团队可调整过流、欠压和热事件的阈值"。
利用硬件定时进行算法原型开发
控制算法在纸面上看起来很合理，但时序却会让你大吃一惊。Controller-HIL 验证了目标速率下的采样、滤波和估计器更新。该平台可发现会降低性能的错过截止日期、优先级倒置和抖动。您只需在更改、测试和结果之间进行短暂循环，即可解决问题。
基于模型的设计（MBD）工作流得益于快速周转。工程师将构建推送到控制器，执行方案，并收集指标以绘制趋势图。在明确的通过条件下，参数扫描可通宵运行。团队只保留在压力下保持时序余量的策略。
输入/输出集成和接口验证
输入/输出路径与算法一样影响着控制器的行为。控制器-HIL 对模拟量缩放、PWM 对齐和传感器量化进行了练习。控制器区域网络 (CAN) 或以太网等通信总线已加载到实际速率。您可以通过可靠的证据确认报文定时、队列大小和诊断标志。
接口不匹配的问题会尽早显现，而修复工作则非常简单。工程师可以调整引脚映射、边缘极性和滤波器常数，而无需担心硬件风险。测试脚本在不同版本和分支之间保持覆盖一致。由于小问题在早期就得到了处理，因此后期的集成工作也变得可预测。
控制器边界的故障注入
故障注入可增强对监控和响应功能的信心。控制器-HIL 可以模拟短路、过流标志、传感器冻结和无效帧。每个故障都是可重复的、有时间限制的，并可捕获以进行审查。您可以了解控制器在阈值时的响应，然后完善逻辑。
安全功能获得可追溯结果的证据。团队可验证检测时间、回退模式和恢复顺序。日志显示时间、状态和输出，以便快速审查。利益相关者可以看到故障得到考虑、测量和处理的证据。
回归和需求可追溯性
Controller-HIL 与自动回归非常自然地结合在一起。每个需求都映射到一个或多个场景，并有明确的通过标准。夜间运行可捕捉重构后可能出现的行为漂移。失败来自数据，而非猜测。
可追溯性使审核简单明了。要求与测试、日志和版本标签相关联。审核人员可以看到每项要求的一致证据。工程师可以减少收集证据的时间，将更多时间用于改进代码。
Controller-HIL 主要关注软件质量、时序规范和接口正确性。这种方法在建立可重复测试基础的同时，还能降低风险。团队在进行集成时，盲点更少，证据更充分。随着硬件复杂性的增加，信心也会随之增加。
power-HIL 如何改进硬件测试和系统集成
Power-HIL 增加了功率交换功能，因此设备可以看到电流、电压和实际开关效果。测试在安全范围内进行，同时捕捉信号级设置无法显示的相互作用。保护方案、热行为和转换器动态都会受到重点关注。从而减少了开机和调试过程中的意外情况。
具有安全限制的功率级压力测试
当负载变化、发生故障或命令阶跃时，变流器和驱动器就会面临压力。Power-HIL 可在电流和电压限制到位的情况下再现这些条件。放大器和设备上的保护装置保证了测试的安全性和可重复性。每次运行时，工程师都会收集波形、温度和事件日志。
受控压力揭示了真正的裕度。团队可调整过流、欠压和热事件的阈值。经确认的裕度有助于避免不必要的跳闸和部件损坏。在更大的系统介入之前，信心就会增强。
变流器与电网互动研究
电力电子设备与电网、微电网或其他电源相互作用。Power-HIL 对这些网络进行建模，同时由放大器施加电气条件。工程师会观察阻抗效应、振荡和控制器交叉耦合。结果反馈到滤波器、增益和速率限制中。
交互研究可降低集成风险。团队验证穿越行为、下垂设置和同步性。边角案例在可重复的条件下得到关注。由于现场测试期间出现的问题较少，因此启动计划也会受益。
热、保护和合规性检查
热路径设定了一个安全的操作空间。Power-HIL 允许在受控负载下长时间运行，以观察温度上升情况。保护阈值可通过清晰的时间和顺序证据进行验证。无需全面设施，即可实现合规目标。
工程师使用相同的设置进行固件更新和重新检查。在相同的情况下，根据过去的结果对更改进行验证。文档保持清洁，因为脚本和日志与之前的版本一致。由于记录一致，因此审核速度更快。
与机械和设备模型的系统集成
复杂系统涉及机械、流体和热行为。Power-HIL 将这些模型与电气动力学结合起来，使设备能够看到真实的行为。机械限制和滤波器影响电气响应，反之亦然。集成感觉是经过测量的、可预测的，而不是即兴的。
同一框架支持增量集成。一旦有了模型，子系统就会进入循环。接口通过可重复的证据逐步改善。团队以较少的后期变更实现绩效目标。
Power-HIL 为能量流下的硬件提供了坚实的信心。结果超出了控制器逻辑的范围，进入了保护、损耗和热舒适区。由于主要风险在早期就得到了关注，集成工作获得了动力。工程师可在完整原型到达之前弥补差距。
在一个测试工作流程中结合控制器-HIL 和电源-HIL 的主要优势
组合式工作流程可减少交接，保留测试意图，并使团队保持一致。信号级工作可提高软件质量，然后电源级工作可确认硬件行为。共享模型、脚本和报告使结果保持一致。由于方案和资产无需返工即可继续使用，因此成本得以降低。
在一个计划中同时使用两种方法还能提高覆盖率。您可以先检查逻辑，然后测试相同情况下的能量交互。利益相关者能在整个开发周期中看到单一的证据。从需求到测试再到签核，结果都能顺利进行。
综合工作流程优势
| 优势 | 它看起来像什么 | 为原始设备制造商创造价值 |
| 跨阶段共享模式 | 相同的工厂模型为控制器-HIL 提供动力，然后为动力-HIL 提供动力 | 减少重复，行为一致 |
| 可重复使用的场景 | 在信号和功率水平下运行一个测试定义 | 清晰的可追溯性，更快的审计 |
| 早期为故障保护，后期为电源保护 | 先进行故障注入，后进行压力测试 | 风险更低，后期故障更少 |
| 单一数据管道 | 跨工作台的统一日志和关键绩效指标 | 趋势更易把握，决策更有力 |
| 逐步覆盖 | 从软件开始，准备就绪后再增加动力 | 周期缩短，信心增强 |
OEM 工程师规划实时验证设置的实用步骤
从第一天起，清晰的规划就能使需求、模型、硬件和安全保持一致。实时限制会影响模型和输入/输出选择，因此尽早达成一致非常重要。团队可以从共享的时序、准确性和通过标准定义中获益。一个好的计划就像一个可测试的规范，而不是一个愿望清单。
确定要求和验收标准
从与系统目的相关的可衡量结果入手。明确时间预算、准确性目标和恢复预期。将每项要求映射到能证明或反驳该要求的场景中。保持措辞明确，以便测试顺利通过。
验收标准必须切实可行。使用测试设备可以观察到的阈值、持续时间和公差。包括具有明确时间预期的故障和恢复行为。当证据符合商定的限制时，利益相关者签字确认。
绘制模型架构图和分区图
决定哪些动态必须实时运行，哪些可以保持离线。根据带宽需求为 CPU 或 FPGA 分配模型。保持接口稳定，以便组件更新时不会破坏其他组件。记录时间步骤、求解器选择和数据类型。
简洁的分区便于维护和扩展。团队可根据需要增加细节，而不会减慢工作进度。硬件目标清晰明了，因为每个区块都列出了时序和 I/O。由于模型在各个项目中采用相同的结构，因此提高了重复利用率。
选择安全的输入/输出和电源接口
列出所有信号、总线和电源路径的预期范围。选择符合电压、电流和分辨率要求的 I/O 模块。对于电源-HIL，要确定放大器的大小，并配备保护和联锁装置。安全计划包括电子停止、隔离和程序检查表。
精心选择的接口可以节省时间。布线整齐，测量可靠。安全装备和流程保护人员和设备。限制和测试记录在案，审核顺利通过。
测试和数据管理自动化
编写场景、通过标准和报告脚本，使结果保持一致。对模型和代码旁的测试资产进行版本控制。利用元数据存储日志，并自动计算关键性能指标。仪表板可帮助团队查看趋势，而不仅仅是单次运行。
自动化减少了人工操作和错误。新构建的程序可立即通过已知测试。故障携带的数据能迅速找到根本原因。管理人员可以通过清晰的数字和可追溯的工件看到进展。
一个强有力的计划可以使需求、模型、接口和安全实践保持一致。团队一步步建立信心，结果经得起检验。自动化将证据转化为洞察力，无需额外人力。项目更快完成，减少后期意外。
控制器-HIL 侧重于具有信号级输入和输出的嵌入式控制逻辑。设备动态在模拟器上运行，控制器看到的是真实的传感器和执行器，而没有电力流。Power-HIL 增加了功率放大器，使设备在安全限制下体验电流和电压。前者可提高软件和接口质量，后者可确认功率级行为和保护。
实时模拟保证了时间性，使测试达到可靠的通过条件。工程师将控制器连接到设备模型，运行故障和瞬态情景，并记录关键指标。自动脚本会在每次软件变更后重放测试，以捕捉回归。确定性计时、可重复性和可追溯性的结合为签核提供了强有力的证据。
控制器-HIL 需要能捕捉与所选采样率下的控制决策相关的动态的模型。重点是稳定性、估计器性能和真实的传感器行为。电源-HIL 增加了对开关效应、阻抗和驱动放大器的保护定时的要求。团队通常从面向控制的模型开始，然后为功率研究完善保真度。
一致的数据管道有助于结果经得起审查。为每次运行存储原始日志、计算指标和情景元数据。报告应通过清晰的图表将需求、情景、阈值和结果联系起来。模型、代码和测试的版本标签可完成跟踪。
