基于半实物仿真平台的机电系统设计分析解决方案

半实物仿真技术的出现

随着工业技术的发展，市场竞争对企业的产品多样性和新品开发速度提出了更高的要求和挑战，同时对机电系统鲁棒性及可靠性的要求也日益增加。目前许多大型的机电系统的设计方法仍然是完全基于软件仿真的开发过程，由于开发过程中只实现控制系统结构及控制原理和控制算法的验证，最终样机硬件系统性能难以保证，一方面系统硬件部分未进行仿真测试，另一方面往往会出现软件代码甚至代码运行硬件环境不可靠（如：新设计制造的电机控制器本身存在缺陷）等问题，最终导致项目周期和成本增加，甚至还可能导致项目以失败告终。

半实物仿真技术的出现彻底改变了传统启发式开发方法，使得面向应用的现代开发方法成为可能。半实物仿真技术在系统开发的初期阶段就引入可靠性高的实时软/硬件环境做技术保障，并贯穿于整个系统研发过程中，满足现代机电系统高效、精确、快速的设计要求，从而最大限度减少样机系统试制次数，提高设计和开发效率。

基本概念

半实物仿真技术是将实际系统的一部分用数学模型加以描述，并转变为仿真模型在计算机上运行，将系统的另一部分以实物形式引入仿真回路，如下图所示。

半实物仿真技术包括两方面：

快速控制原型（Rapid Control Prototype，简称RCP）

在机电系统开发初期，通过半实物仿真平台，工程师将系统仿真软件框图与实际控制对象相连，并对控制对象进行多次在线的试验来验证控制系统软、硬件方案的可行性，从而可避免软件仿真中对实际控制对象建模不精确而导致仿真结果不准，同时也实现了控制算法更高效、精确的验证。

硬件在环仿真（Hardware In Loop，简称HIL）

在控制器设计完成后必须对其进行详细的测试，如果按传统的测试方法，用真实的对象或环境进行测试，无论是人员、设备还是资金都需要较大的投入，而且周期长，不能进行极限条件下的测试，试验的可重复性差，所得测试结果可记录性及可分析性都较差。通过半实物仿真平台，采用真实的控制器，被控对象或者系统运行环境部分采用实际的物体、部分采用实时数字模型来模拟，进行整个系统的仿真测试，可以任意模拟控制对象运行及故障状态，以便进行实时控制软件错误排查、系统极限及失效测试，从而得到整个机电系统的完整性能预测与分析。