基于硬件在环仿真的DFIG并网系统开环模式谐振风险及验证

开环模式谐振理论是阐释风电并网引起的电力系统振荡机理的研究成果,其中基于平均模型的离线时域仿真结果可信度存疑。为提升开环模式谐振的工程指导可靠度,首先基于硬件在环仿真,组建了用于验证开环模式谐振的半实物实验平台;其次建立双馈风电场并网系统的小信号模型,提出开环模式分析通用方法评估系统振荡风险;最后以两个算例进行了开环模式谐振现象的分析与实验。得到结论:硬件在环仿真的结果符合开环模式分析的结果,在开环模式谐振条件下,系统稳定性下降。留数法可以较为准确地预测系统闭环模式,系统参数的合理整定可以减小开环模式谐振带来的影响。

基于Pixhawk飞控的硬件在环仿真系统设计

Pixhawk飞控在民用无人机(UAV)领域得到广泛应用。为了在Pixhawk飞控上实现硬件在环仿真功能以达到验证飞控飞行性能的目的,设计了基于Pixhawk飞控的四旋翼无人机硬件在环仿真系统。通过构建四旋翼机体模型,实现模型在电机转速信号的驱动下输出位姿数据;位姿数据传输到飞控并重构为模拟传感器数据,飞控内核对传感器数据处理后输出电机转速信号驱动模型飞行,由此构成飞控硬件在环的仿真环路。在测试中使用相同航线进行了仿真飞行与真实飞行,并计算2种飞行模式数据的相关系数,系数普遍高于0.85,表明获得了较为逼真的仿真效果。

自适应巡航系统硬件在环仿真精度提升研究

由于被控车辆模型精度直接影响自适应巡航系统硬件在环仿真与实车测试的吻合度,提出利用实车测试外特性数据校准被控车辆模型的方法,进而提升系统仿真精度。首先,基于自适应巡航系统架构,搭建了仿真系统。然后,根据实车测试外特性数据对基础车辆动力学模型和逆纵向动力学模型进行逐级校准。最后,利用校准前和校准后的模型分别进行自适应巡航系统加速行驶工况、制动减速工况和跟车行驶工况仿真,并与实车测试结果进行对比分析。结果表明,利用实测数据校准被控车辆模型的方法可以显著提升自适应巡航系统硬件在环仿真与实测数据的吻合度。

自动气象站数据采集设备硬件仿真平台设计与实现

针对气象系统基层台站技术人员缺乏新型自动气象站培训实操条件及自动气象站故障排查没有可对比的标准信号设备现状,基于提高技术人员保障业务技能的目的,采用开发硬件仿真设备替代真实业务设备的方法,设计并研制了兼容多种型号自动气象站数据采集设备的硬件仿真平台。仿真采集设备以STM32芯片为核心处理器完成电路设计,硬件仿真平台由仿真主采集器、仿真气温多传感器标准控制器、仿真雨量多传感器标准控制器和机箱结构组成。仿真采集设备人机交互命令支持汉语注释,并针对培训实操需求进行了功能扩展,便于使用人员掌握交互命令的使用。该平台可作为实训操作、传感器检测及故障排查演练的平台,相比于业务设备具有更好的针对性、适用性及经济性。

通用信道编译码算法物理性能快速仿真系统

为实现信道编译码硬件算法物理性能的快速、准确验证,提出一种软硬件协同的通用化信道编译码算法物理性能快速仿真与性能评估系统。PC上位机软件主要实现模拟信源/噪声数据生成、仿真数据后分析、数据/控制指令传输以及与FPGA下位机交互等功能;FPGA下位机通过设计数据调度与系统控制、信道编译码算法架构、加噪信道以及数据统计等单元,构建通用编译码算法验证系统硬件系统架构,支持不同信道编译码算法物理性能的高效、准确验证。以系统当前支持的BCH码、LDPC码、删余卷积码、RS码及其串行级联码的性能仿真为例开展性能测试,性能恶化最大值低于0.4 dB,在10-7误码率统计量级下,仿真时间低于12 s,验证仿真评估系统的准确性、可靠性与有效性。系统采用的通用级联架构还可支持其他信道编译码算法的快速移植与部署,可为信道编译码算法物理性能快速验证提供一种有效的解决方案。

一种高速直线电机定位测速系统硬件在环仿真

高精度高实时性的定位测速系统对高速直线电机的稳定运行至关重要。为验证基于激光阵列的定位测速系统对高速直线电机控制系统的适用性,该文首先分析了激光阵列式编码器的工作原理,推导了定位测速系统参数设计的约束条件。其次建立了编码器及激光传感器阵列的数学模型,根据给定的位置信息产生脉冲信号驱动激光器,以模拟传感器在不同速度下产生的光脉冲信号,根据检测的光脉冲信号来计算动子位置和速度。最后基于所研制采集器、脉冲发生器、多通道模拟器及控制器,构建了一套定位测速硬件在环仿真系统。通过对比给定的位置/速度与检测到的位置/速度的数据结果,量化测量误差。通过与电机控制系统的硬件在环闭环系统联合仿真,验证了该方法的有效性,且能够为位置与速度检测算法的改进与仿真验证提供良好的测试平台。

基于RTDS和PLC的配电系统硬件在环仿真平台

该文基于实时数字仿真器(RTDS)和可编程逻辑控制器(PLC)研发了配电系统硬件在环仿真平台,该平台由Nova Cor仿真器、I/O、PLC、HMI触摸屏和计算机组成。Nova Cor仿真器用于模拟配电系统运行状态;I/O板卡用于数据实时交互;PLC和HMI触摸屏用于调整配电网络结构和负荷,并实时监测配电系统的运行状态。该仿真平台采用模块化设计,可根据实验需要调整系统网络结构和运行参数,并通过开发相应的输入输出接口实现信息实时交互,提高了仿真平台的灵活性和可操作性。

基于硬件装置的嵌入式系统实验仿真平台

开展实验仿真教学是一项推进教育信息化、培养学生兴趣和创新能力的重要举措。针对嵌入式系统教学中存在的理论学习难、实操性强且实验教学受到时间、地点和硬件设备限制的问题,提出基于硬件装置的嵌入式系统实验仿真平台。

基于多控制器硬件在环的风电场仿真分析及应用

为准确反映风电机组及风电场并网控制性能,加速风电场并网控制策略研发及验证,基于实时仿真系统提出风电场多控制器硬件在环的仿真方法,通过建立风电场详细模型,设计各部分模型之间及与实际控制器的数据交互机制,实现了包含风电场功率控制系统及10台风电机组主控的多控制器硬件在环实时仿真。进而采用实测数据,进行控制链路时延仿真分析并验证机组电磁暂态特性、风电场功率控制特性的仿真准确性。基于所建立的仿真平台,对风电场一次调频控制策略进行计及机组载荷变化的平台验证,并在实际风电场中得到应用。

多元用户互动的能源互联网硬件在环仿真

近年来,随着能源互联网技术的不断发展,亟需能够实现能源互联网仿真的方法作为研究基础。本文在此背景下提出了一种基于RTplus(一种实时仿真软件)的多元用户互动的能源互联网实时仿真建模方法,其上位机实现信息通信网络的模拟,下位机依托MATLAB/SIMULINK中多种能源的基础元件库,采用基于现场典型数据的建模方法实现了电、热系统关键设备的建模,能够1∶1复现现场能量波动,与仿真平台连接的能源互联网设备能够以更接近现场的方式闭环测试。最后,本工作以某国家重点研发项目中大型工业园区配用电关键设备—能量管理系统为例,搭建硬件在环仿真平台,验证了所提实时仿真建模方法的正确性。

基于自适应精度法的硬件在环仿真技术研究

针对硬件在环仿真技术寻求更短的仿真时间步长与保证仿真实时同步性需求上的矛盾,提出自适应精度法来解决硬件在环仿真的实时同步问题.首先,依托硬件在环仿真系统架构,分析系统运行过程中的软硬件通信延迟;其次,依据仿真时间步长与单步仿真运算时间相匹配原则,提出自适应精度的算法流程;最后,以实际交叉口为例,应用基于自适应精度法的公交优先硬件在环仿真进行实例验证.实验结果表明,所提出的自适应精度法能最大限度地使仿真软件虚拟检测器的工作频率接近现实信号机检测器的工作频率,提高仿真软件与现实信号机的通信频率,减少硬件通信延迟,有利于硬件在环仿真技术的推广与应用.

永磁同步电机控制器硬件在环半实物仿真系统开发

随着永磁同步电机应用日益广泛,驱动电机控制器的开发和测试成为制约伺服系统性能的重要因素。本文搭建了一个永磁同步电机控制器硬件在环半实物仿真平台,以实现驱动电机控制器的开发和测试。首先搭建了永磁同步电机、两电平三相电压型逆变器、旋转变压器的数学模型,在硬件平台上实现数学模型的编译和仿真,并与真实的电机控制器组成实时仿真系统。最后在一定工况下对系统进行实验。实验结果表明电机模型可以对外界条件做出正确的响应,并且各项参数指标的脉动范围正常,证明了本文所搭建的永磁同步电机硬件在环系统能够实现对真实电机控制器的开发和测试,具有缩短开发周期、降低开发成本、实验可重复性等优点。

空调系统电气控制单元设计与仿真

空调设备是夏季防暑、冬季防寒的重要设备,对北方和南方的居住环境适宜度调节都具有非常重要的作用。常规控制方法作用之下,空调系统存在响应速度慢,系统满载运行功率高、能源浪费等突出问题。该文针对空调设备的电气控制进行系统研究,并开展相应的实验验证。首先对空调系统的组成结构和工作原理进行分析,给出基于STM32嵌入式电气控制系统的硬件结构和软件设计方案,并给出空调制冷过程、冷却过程、蒸发器工作过程对应的算法模型。实验以5组空调设备为实验对象,以常规控制方法为参照方法,证实在该方法控制作用下,空调设备可以实现快速的功率效应,并且具有较低的满载运行功率,从而达到有效的节能效果。实验结果充分证明该文设计的空调系统电气控制硬件和软件的有效性。

基于Veloce仿真器的DDR3 SDRAM故障模拟IP核设计

DDR3 SDRAM在高安全领域仍有广泛应用,为了在系统设计早期评估存储器故障对系统的影响,基于Veloce硬件仿真器设计了故障模拟IP核。该IP核基于Tcl脚本和BackDoor技术开发故障生成模块,能够模拟存储器器件软错误和硬错误故障;利用Tk工具箱整合了操作流程,提供了GUI操作界面,可设置故障发生的时机和故障点位。实验表明,该设计可以在仿真器中实现对该类存储器的故障模拟。

基于RTDS的直驱风机硬件在环实验方法

为实现风电机组硬件在环平台的通用性,文中在环实验平台搭建了通用风电机组硬件,完成了风电机组的优化控制。针对直驱风机在电网电压不平衡或不对称的情况下影响直驱风机正常运行的问题,文中采用基于正序和负序的电流解耦算法消除负序电流以保持恒定的输出功率。通过抑制故障时风电机组的无功功率两倍频波动,使有功和无功基准值均为0,电网无功功率两倍频波动分量的幅值为0,达到消除负序电流使风电机组稳定输出的目的,并在该实验平台进行仿真验证。实验结果表明,风电机组有功功率输出保持不变,显著提高了风电机组并网的适应性,验证了该方法的合理性和有效性。

虚拟GDB远程调试技术及其在硬件仿真器中的应用

为了解决当前硬件仿真器采用测试激励与探针采样调试方法导致的额外硬件资源需求增加以及调试方法复杂死板的问题,研究出一种虚拟GDB远程调试技术提高硬件仿真器的调试能力。首先,使用JTAG的消息代理器与事务处理器进行软件与硬件的信息交互,实现计算机与硬件仿真器的通信;然后,通过VPI接口实现GDB与JTAG代理器的软件信息交互,完成虚拟GDB调试;最后,在硬件仿真器中进行应用实验。结果表明,虚拟GDB远程调试系统可支持断点插入、单步运行、寄存器读写等功能,与插入探针的调试方法相比,使用虚拟GDB调试提速近百倍。虚拟GDB远程调试技术丰富了硬件仿真器的软件调试手段,增强了硬件仿真器的调试能力,提升了芯片设计验证效率。

面向处理器功能验证的硬件化System Verilog断言设计

功能验证在处理器芯片开发流程中所占用的时间超过70%,因此优化提升功能验证环节的效率非常必要.软件仿真等传统验证方法提供了包括断言等多种验证机制,以提升验证的细粒度可见性和自检查能力,但是软件仿真运行速度较慢,在高效性方面有明显不足.基于FPGA的硬件原型验证方法能极大地加速验证性能,但其调试能力较弱,虽能快速发现漏洞,但难以定位漏洞出现的具体位置和根本原因,存在有效性不足难题.为同时解决上述功能验证有效性与高效性的问题,提出一种将不可综合的断言语言SVA(SystemVerilog Assertion)自动转换成逻辑等效但可综合的RTL电路的方法,聚焦于断言这一类对设计进行非全局建模、纵向贯穿各抽象层级的验证方式,对基于全局指令集架构(instruction set architecture,ISA)模型的验证能力进行补足.同时,结合FPGA细粒度并行化、高度可扩展的优势,对处理器的验证过程进行硬件加速,提升了处理器的开发效率.实现了一个端到端的硬件断言平台,集成对SVA进行硬件化的完整工具链,并统计运行在FPGA上的硬件化断言的触发和覆盖率情况.实验表明,和软件仿真相比,所提方法能取得超过2万倍的验证效率提升.

面向新型电力系统的数字实时硬件在环仿真综述

随着新能源的接入比例不断升高与电力电子设备的广泛应用,数字实时硬件在环仿真已经成为新型电力系统仿真分析的重要手段。在此背景下,综述数字实时硬件在环仿真的国内外研究现状,讨论提高仿真效率与精确度的关键技术,以及该过程中存在的疑难点。从数字实时硬件在环仿真的发展历史出发,首先讨论数字实时仿真的元件建模,包括Ron/Roff与L/C两类器件建模方法;随后归纳戴维南等效、诺顿等效与频率相关网络等值三类接口电路等效方法;接着讨论高速率并行算法、基于不同计算单元的仿真平台架构与硬件在环仿真的类型;然后总结典型数字实时硬件在环仿真的基本流程及其在新型电力系统中的应用实例,最后总结各类架构与算法的优缺点、适用场景。

一种基于ModelSim的红外图像仿真方法与系统

在红外热成像的图像处理算法过程中,传统的算法仿真需要借助Matlab等图形处理工具软件先进行仿真再转化成FPGA处理器中可以运行的算法代码,而Matlab上的运行的语言、实现方式与FPGA硬件上运行的硬件描述语言和实现方式完全不同。导致转化过程复杂、转化精度损失、开发周期长等。本文提出了一种基于ModelSim仿真工具的红外图像仿真方法与系统,与Matlab等图形处理工具一样,编程写好代码,导入图像仿真后,立即输出图像显示,并能查看中间处理过程中的数据变化情况。并且ModelSim仿真运行的仿真代码可以直接拿到FPGA编译工具中运行,最终部署在硬件板卡上。在工程应用中,转化过程简单,开发效率大大提升。

新型电力系统电磁暂态并行仿真关键技术及展望

在“碳达峰、碳中和”战略目标驱动下,电力系统逐渐发展成为高比例新能源并网和高比例电力电子设备接入的新型电力系统,其电源结构、电网形态和运行特征发生了显著变化。电磁暂态仿真由于能够全面、精确刻画电力系统的高频动态特性,已成为掌握新型电力系统运行特性的关键手段。然而,传统串行计算模式下的电磁暂态仿真技术在仿真效率上无法应对新能源大规模并网、交直流复杂耦合的仿真场景,亟需从高效并行算法和硬件加速角度出发,开展并行计算模式下的电磁暂态仿真相关研究。为此,首先概括了新型电力系统对电磁暂态仿真的新需求;其次,介绍了电磁暂态仿真的分网并行算法;再次,介绍了能够进一步提升电磁暂态仿真效率的多速率仿真方法;接着,介绍了基于并行计算设备的并行仿真实现方案;最后,梳理了国内外电磁暂态仿真平台的并行策略,总结指出算法硬件深度融合的仿真平台是未来的发展方向,并对其中的关键技术进行分析和展望。