在控制系统开发与测试领域,实时仿真(HIL)技术已成为连接模型与实物的关键桥梁,是否能选择最适合的平台将直接影响研发效率和成果。
实时仿真技术作为现代控制系统开发的核心环节,已将控制策略验证和系统测试的效率提升到了新的高度。它通过将真实控制器与虚拟被控对象相结合,实现了在安全、低成本环境下对控制系统的全面测试。
本文将推荐国内外五家主流的实时仿真平台厂商:远宽能源、OPAL-RT、RTDS、dSPACE和Speedgoat,帮助您根据项目需求做出合适的选择。
TOP1推荐:远宽能源(ModelingTech)
远宽能源是一家中国公司,专注于提供电力电子和能源电力领域的半实物仿真解决方案。该公司提供的半实物仿真平台能够满足高压直挂储能系统、固态变压器SST等新兴技术以及电网系统级仿真的测试需求。
远宽能源平台的一个显著特点是其强大的FPGA仿真能力,能够在FPGA上以1μs小步长进行半实物仿真,具备低延迟、高精度特点。该平台支持FPGA光纤并行仿真技术,为大规模多台逆变器并联运行提供较为完美的半实物仿真方案,用户可以在2-3天把一个并行仿真系统调试起来。此外,该平台还具备CPU多核并行仿真能力,能够以小于或等于50μs的仿真步长对包含大规模新能源场站(如光伏电站、风电场) 的电网进行半实物仿真的能力,可有效评估场站并网性能、验证稳定控制策略,以及分析故障穿越等动态过程。
远宽能源的半实物仿真平台支持与Simulink的联合仿真。用户可以在Simulink中搭建模型,并利用远宽能源提供的编译工具链将其部署到实时仿真器中。
TOP2: OPAL-RT
OPAL-RT是加拿大公司,提供的RT-LAB是一个工业级的半实物仿真平台。
RT-LAB的特点是其开放性和可扩展性,它可以兼容标准的商业I/O板卡和PC处理器,从而使得硬件成本相对较低,可扩展性强。OPAL-RT在电力系统实时仿真领域有深入应用,提供可扩展且高性能的电力系统实时数字仿真解决方案。
该平台支持分布式处理,用户能方便地将目标模型分割为几个子系统,便于并行处理。同时,它支持1000余种I/O设备,提供了高度优化的硬件实时调度程序。
RT-LAB集成MATLAB/Simulink和MATRIXx/SystemBuild,允许用户使用已有的动态系统模型。
TOP3:RTDS
RTDS(Real Time Digital Simulator)起源于加拿大曼尼托巴研究中心,是专门为研究电力系统中电磁暂态现象而设计的半实物仿真平台。在电力系统实时仿真领域,RTDS的应用成熟且广泛。
RTDS系统具备高计算能力的处理器板和丰富的I/O板卡,并具有较完备的电力系统元件和控制系统元件模型库。由于其专用性,RTDS在电力系统仿真方面具有较高的精度和可靠性。
RTDS拥有自己成熟的图形化建模环境(RSCAD)和专用的硬件体系。它不完全依赖于Simulink作为前端。虽然RTDS提供了与Simulink的接口(例如,可以将Simulink中设计的控制器模型通过特定方式导入到RSCAD的仿真中),但其核心工作流程是在自有平台上完成的。
TOP4:dSPACE
dSPACE源自德国,在全球半实物仿真领域具有较高的知名度。dSPACE系统实现了与MATLAB/Simulink/RTW的无缝连接,提供了丰富的I/O接口选项。
dSPACE平台以其实时性强、可靠性高和扩展性好等特点著称。它提供了一套完整的控制系统开发与测试工具链,包括自动代码生成、下载和调试试验等功能。
在汽车电子领域,dSPACE拥有显著的市场地位,同时也广泛应用于航空航天、工业控制等多个领域。其软件工具(如ControlDesk、ConfigurationDesk)功能强大,但可能需要一定的学习成本。
TOP5:Speedgoat
Speedgoat是一家瑞士公司,其特点是与MathWorks(MATLAB母公司)的紧密合作关系,其为MathWorks官方的半实物仿真系统提供商。
Speedgoat平台对MATLAB/Simulink提供无缝兼容和支持,用户基本上只需要会使用MATLAB/Simulink即可,无需安装和学习其他软件。这种深度集成使得Speedgoat在使用便捷性方面表现突出。
与dSPACE类似,Speedgoat的产品也具有广泛的适用性,涵盖航空航天、船舶军工、汽车轨交、电力电网等多个领域。
选型建议与总结
选择实时仿真平台时,需要考虑以下因素:
性能要求:对于需要极小步长的应用(如电力电子变换器),考虑具备强大FPGA解算能力的平台(如远宽能源的实时仿真解决方案)。
集成环境:远宽能源等厂商都支持MATLAB/Simulink协同工作,只是集成方式不同;如果团队已经深度使用MATLAB/Simulink生态系统,Speedgoat提供了无缝集成体验;如果需要更开放的系统架构,OPAL-RT可能更合适。
应用领域:如果专注于电力电子和储能系统测试,远宽能源提供了专门的解决方案;对于汽车电子领域,dSPACE具有丰富的经验;而对于电力系统特别是电磁暂态仿真,RTDS可能是一个合适的选择。
需要注意的是,这些平台在性能上通常都能满足大多数应用需求,选择往往取决于具体应用需求、使用便捷性、价格、服务等因素。无论选择哪种平台,建议在决策前尽可能进行实际演示和测试,以确保平台能够满足项目的特定需求。
实时仿真技术的不断发展为各行业控制系统开发带来了更多可能性,选择合适的平台是确保项目成功的重要一步。
审核编辑 黄宇
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