逆变器simulink模型——处理器在环测试(PIL)

1 处理器在环测试基本思想

1.1 仿真模型基本介绍

  正常电力电子系统仿真过程中，结构主要分为主电路+控制电路；而控制电路一般分为采集电路与控制核心。

  以逆变器控制系统为例：

  直流侧电压源，三相逆变单元，滤波器，负载属于主电路部分；

  将220V电压等级转换为控制单元ADC可以采集的0-3.3V低压的调理电路称为采集电路；

  将0-3.3V脉冲PWM信号转换为IGBT驱动信号（0-24V）的驱动电路；

  控制核心一般由片上系统构成，如STM32、2833X等基础运算核心；

  下面再介绍一下仿真基本原理，不论是控制电路还是主电路在simulink中都是通过数值的方式进行数值计算得到的。而实际系统中：主电路为真实电路，控制电路一般为10k，50k等固定采用频率的控制单元。为了实现该情况的仿真，需要将主电路的计算步长尽量降低，以达到仿真连续系统的目的，而控制系统必须要保持正常的采样频率。举个粒子：若取Slover步长为10e-7；则外部主电路以10e-7的步长进行计算一次；而控制单元为10e-4（10k）；则需要1000个外部步长对内部单元计算一次。

1.2 处理器在环测试概念

  实际仿真过程中，大量控制器与外部主电路都在PC端的CPU上进行运算。但实际情况是微处理器主频往往远低于电脑CPU，其输出结果可能与真实情况有差异。而搭建实际主电路往往需要大量时间，因此可以构建**处理器在环（PIL）**的测试方案对底层MCU运算情况进行分析。

  处理器在环测试，是将主电路运算在CPU上执行，控制电路运算将在底层MCU上执行。基本流程为：

1. PIL启动后，MCU接收由PC传送来的各类数据；

2. MCU根据数据进行运算得到PWM输出信号并通过串口传送给PC端；

3. PC端接收到PWM信号后，将其作用于住主电路，主电路状态发生改变，继续重复第（1）步

  下面将对此方案具体实现进行实际介绍；

2 处理器在环测试流程

2.1 测试模型介绍

  测试模型使用离网逆变器控制模型；模型链接：模型链接

正常离网状态下输出电压波形如图所示，0.1s合上负荷供电开关；0.8s进行功率阶跃；

2.2 基本结构介绍

  PIL系统构成需要保障系统连接：1）底层硬件下载口与matlab保持连接 2）底层硬件串口与matlab保持连接；构建下图所示硬件平台

2.3 模型设置

  模型设置之前需要配置好MCU代码生成环境，具体步骤见： 环境搭建

1）创建处理器在环模型

注：一定要确认COM9，波特率，等信息，保障通信畅通，防止在环测试失败。

2.4 在环测试模块生成

将控制模块封装成子系统，后生成PIL模块；这时需要将 slover步长 和 Powergui的步长也设置为10e-4；并设置初始通信状态，在命令行中输入以下代码并执行，一定要注意串口信息与设备管理内的信息对应上；

setpref('MathWorks_Embedded_IDE_Link_PIL_Preferences','COMPort','COM9');
setpref('MathWorks_Embedded_IDE_Link_PIL_Preferences','BaudRate',115200);
setpref('MathWorks_Embedded_IDE_Link_PIL_Preferences','enableserial',true);

弹出对话框点 build即可（需要注意，MCU里面只能运行Single类型变量，需要将控制模块中的变量都改为single类型）：

弹出生成的PIL模型，将模型复制到原来的文件中。

2.5 模型测试

进入SIL/PIL manager

修改仿真步长为10e-6;

设置PIL参数：

点击run Verification

3 测试结果

测试完毕之后得到上图结果，结果分为一个软件仿真出结果，一个PIL在环测试结果。此时可以对比两者差异。 compare栏下还可以对比两者差异。

硬件：dsp28335
PC：simulink r2019b
使用串口SCIA进行通信

仿真模型，有需自取：PIL在环模型

上述过程有效实现了PIL测试，具体步骤一般如图，需要注意的是生成PIL测试模块一定要修改模型步长（改为控制器执行步长）。测试时，一定要改回原来步长。