在智能控制、电力电子等领域的研发中，硬件在环仿真已成为缩短开发周期、降低测试成本的核心技术。我司自主研发的HL1000半实物仿真平台，内置65种常用电路拓扑模型，可满足用户在科研、教学或者工业测试上的需求。
1、硬件介绍硬件在环
硬件在环仿真是以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/0接口与被测对象相连接。
硬件在环仿真，又称半实物仿真，是将需要仿真的部分系统硬件直接放到仿真回路中的仿真系统，它不仅弥补了纯数字仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且可以大大减轻编程的工作量。这种仿真的另一个优势在于它实现了仿真模型和实际系统间的实时数据交互，使仿真结果的验证过程非常直观，大大缩短了产品开发周期。仿真时，电脑与实际硬件通过各种信息通道相连，电脑与实际硬件共同完成仿真工作，并将仿真结果在电脑中进行分析，从而判断硬件的运行情况。
本公司自主研发的半实物仿真实验平台由HIL_CONTROL控制板，加上硬件在环HL1000组成。具体如下图所示：
（1）HL1000介绍
我司自主研发的HL1000半实物仿真平台，内置65种常用电路拓扑模型，可满足用户在科研、教学或者工业测试上的需求。
（2） HIL-CONTROL控制板
HIL_CONTROL是我公司自主研发的基于TMS320F28377D『芯片』的控制器，与HILL1000配套使用，用于半实物模型的在线仿真。
HIL_CONTROL控制板会预先在TMS320F28377D『芯片』内烧录好控制程序，『芯片』会根据程序从HILL1000上读取电压电流等参数，并计算出相应的PWM控制信号，最后将控制信号输入到HILL1000的电路模型上，从而控制模型的正常运行。
HIL_CONTROL控制板上设置有采样信号跟控制信号的测试点，可以用示波器等第三方测试工具实时监控采样信号跟控制信号。
①：TMS320F28377D『芯片』；
②：PWM控制波形测量点；
③：DB62插座；
④：采样信号测量点；
⑤：采样信号调理电路。
2、连接说明HL1000需要连接网线和USB供电线，HIL_CONTROL控制板需要连接XDS100V3仿真器。HILL1000与HIL_CONTROL控制板之间通过DB62排线相连，HIL_CONTROL控制板供电由HILL1000通过排线提供。
HL1000通过网线与上位机相连，从而完成模型的运行跟数据的实时监控。HIL_CONTROL控制板通过XDS100V3仿真器与上位机相连，通过CCS实现对程序的在线调试。
3、运行环境介绍HL1000运行环境
使用HL1000需要在上位机上安装配套的仿真软件” YanXuHIL”，只需将软件安装包解压即可使用。软件如下图所示：
图4_YanXuHIL软件
打开软件，默认加载最后一次打开的模型文件。
HL1000软件图标
①：功能按钮；
②：变流器模型电路拓扑；
③：通道选择和增益配置；
④：变流器模型硬件参数设置。
功能按钮
功能按钮包括ID设置、保存模型文件、打开模型文件以及开始仿真按钮。
电路拓扑
点击变换器选择，可以选择不同的变流器模型，主要包括直流-直流变换、交流-直流变换、电机控制、『新能源』并网发电变流器、可控硅(晶闸管)变流器五大类
通道运放变比说明
HILL采样通道选择部分和PWM控制部分是固定的，不可更改，共有16路PWM，和16路采样通道，按照标注对照即可。
图_通道对应
采样增益配置与采样通道一一对应。增益配置部分需要考虑到HILL的输出上下限为+-5V，电压电流采样部分乘上增益不要超过5V。例如配置电流增益20倍设置值1/20=0.05，电压增益240倍设置值1/240=0.0042。
图_采样通道增益
电路参数设置
电路参数在设置时，可与电路拓扑一一对照，以三相并网逆变器为例：
图_参数设置
r0 ：直流电源内阻，一般很小，过大会影响电源输出；
Ea/Eb/Ec：三相交流相电压峰值，默认为311V（相电压AC220V）
fa/fb/fc ：三相交流电网频率，默认为50Hz；
E0 ：三相并网逆变器直流输入；
ψa/b/c：三相电网相位，三相之间互相有120°的相位差；
C0 ：直流侧电容，使直流输入电压更稳定；
r1 ：交流测线路阻抗；
L1 ：交流测滤波电容，使逆变输出的交流电压更平滑。
参数设置在参数一、参数二可以设置不同的参数，在运行时点击HILL相关按键切换，可以实现电网阶跃。
图_电网参数切换
参数可以根据实际电路去配置，也可以通过”打开模型文件”功能按钮找到例程文件，按照例程文件去配置。
图8_例程文件
参数配置完成后，点击功能按钮”开始”，即可开始运行模型，此时点击示波器，可以实时监控HILL1000模拟输出的电压电流数据。
图_示波器数据监控
HIL_CONTROL控制板运行环境
HIL_CONTROL控制板是基于TMS320F28377D设计出来的，这里需要用到德州仪器（TI）推出的嵌入式系统集成开发环境：Code Composer Studio（简称CCS），CCS可用于DSP、微控制器和应用处理器的软件开发。
图_CCS开发平台
4、仿真实例以三相并网逆变器的半实物仿真为例
（1）HIL_CONTROL控制板开发
打开CCS开发平台，并打开三相并网逆变器的28377程序
图_三相并网逆变器28377程序
配置采样通道
三相并网逆变器控制时需要采集三相电压，三相电流，直流电压共7个数据，所以需要用到前7路采样通道。
打开HIL_CONTROL控制板的PCB原理图，找到DB62上的采样通道引脚，根据PCB原理图上的电气连接线，找出28377D『芯片』上的ADC采样对应引脚。
图_28377电气原理图
图_DB62采样通道引脚
图_28377『芯片』ADC输入引脚
确定28377D『芯片』ADC输入引脚与DB62采样通道引脚的对应关系后，结合『芯片』资料，在程序里对28377D『芯片』引脚进行配置。
图_ADC配置
28377D『芯片』将ADC输入引脚上采集到的模拟量电压、电流信号送入模数转换器中，转换成数字量存入结果寄存器中，并在程序中，将结果寄存器的值赋给变量。
图_ADC转换结果赋值
再根据公式：
其中模拟量的值为引脚上直接采集到的电压值，其大小为实际电压、电流参数乘以通道增益，因此可以得到
图_实际电压/电流采样值
配置PWM通道
与配置采样通道一致。先找出DB62插座引脚与『芯片』引脚的对应关系，再配置对应的『芯片』引脚。
图_第一组PWM_GPIO配置
图_第二组PWM_GPIO配置
图_第三组PWM_GPIO配置
用到了3组共6路PWM，『芯片』GPIO与『芯片』引脚一一对应。6路PWM分别控制三相全桥电路的6个开关管。
调节PI参数
完成采样通道与PWM通道的配置后，需要对程序算法进行调节。主要调节手段时调节算法内的PI参数。
首先将采样得到的电压/电流参数做克拉克与帕卡变换，将其变换到旋转坐标系中。
图_克拉克与帕克变换
将电压帕克变换的输出值作为电压外环的输入，将电压设置值作为电压外环的基准，计算出误差信号并进行PID计算。
图_电压外环计算
将电流帕克变换的输出值作为电流内环的输入，将电压外环计算的结果作为电流内环的基准，计算误差信号并进行PID计算。
图_电流内环计算
再对电流内环计算结果进行解耦、帕克反变换等相关计算，最终得到PWM的占空比。将计算出的占空比加载到『芯片』的PWM输出模块，从而输出所需的PWM控制波形。
在整个过程中，我们需要对PID计算的Kp与Ki进行微调，从而使整个系统运行趋于稳定。
图_PID计算
将修改好的程序烧录到28377D『芯片』内，并在线仿真。实时监控程序的运行情况。
图_程序在线仿真
HL1000在线仿真
打开HL1000仿真软件，在变换器选择中选择三相并网逆变器。
图_变换器选择
配置增益为电流增益20倍，电压增益240倍，即G1/G2/G3 = 1/20 = 0.05，G4/G5/G6/G7 = 1/240 = 0.0042。
图_增益配置
设置参数一交流电压相电压峰值311V，频率50Hz，直流电源内阻0.01Ω。
图_参数设置1
设置参数二交流电压相电压峰值200V，频率50Hz，直流电源内阻2Ω。
设置直流电压为650V，三相相序相差120°，直流电容1000uF，滤波电感2mH，交流线路阻抗0.01Ω。
图_参数设置2
设置完成后点击开始仿真，并进入示波器监控实时电流参数。
图_运行HILL1000
5、运行结果展示CCS软件仿真结果
HL1000仿真结果
不同输出电流下的仿真波形。
图_并网电流20A
图_并网电流14A
图_并网电流10A
点击HILL1000上参数切换按键，可以将电路参数由参数1切换到参数2，实现电网阶跃。
切换结果演示：明显参数2的交流电压幅值变小。
图_参数1交流电压输出
图_参数2交流电压输出
