Un sistema de desarrollo en chip de Hardware-in-the-Loop para la enseñanza y el desarrollo de sistemas dinámicos
Autores: Jiang, Wei; Sun, Linfeng; Chen, Yan; Ma, Haining; Hashimoto, Seiji
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un sistema de desarrollo en chip de Hardware-in-the-Loop para la enseñanza y el desarrollo de sistemas dinámicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Propone
De bajo costo
Hardware-in-the-Loop
Sistemas dinámicos
Motor de simulación
Motor de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 40
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone una plataforma de Hardware-in-the-Loop (HIL) de bajo costo en chip para la enseñanza y prototipado rápido de sistemas dinámicos. Se propone una solución basada en un controlador de señal digital de doble núcleo (DSC) para el sistema HIL. El núcleo de la CPU A, como motor de simulación, está dedicado a la simulación de circuitos y sistemas. La actuación y la lógica de control se implementan en el núcleo de la CPU B, que funciona como motor de control. Se utiliza la comunicación entre procesadores para intercambiar variables entre las CPUs. El convertidor digital-analógico y las salidas digitales se utilizan para enviar el ciclo de trabajo y las variables de estado del sistema al osciloscopio para la retroalimentación visual de los usuarios. Se modelan e implementan dos sistemas típicos con dinámicas rápidas y lentas en el motor de simulación. Bajo la excitación generada por el motor de control, se pueden observar las dinámicas del sistema con fines de estudio. También se demuestra el control en lazo cerrado para un convertidor buck en el prototipo desarrollado, donde se prueban las variaciones de voltaje de entrada y carga. Los resultados de las pruebas indican que el simulador digital puede emular bien el modelo promedio de señal pequeña de un convertidor de potencia en escenario de lazo abierto y lazo cerrado. Mientras tanto, los parámetros de control se pueden modificar para la evaluación del rendimiento del sistema y con fines educativos. El sistema HIL de bajo costo propuesto se puede aplicar fácilmente a la enseñanza de ingeniería, así como a la fase de desarrollo rápido de prototipos del diseño de productos.
Descripción
Este documento propone una plataforma de Hardware-in-the-Loop (HIL) de bajo costo en chip para la enseñanza y prototipado rápido de sistemas dinámicos. Se propone una solución basada en un controlador de señal digital de doble núcleo (DSC) para el sistema HIL. El núcleo de la CPU A, como motor de simulación, está dedicado a la simulación de circuitos y sistemas. La actuación y la lógica de control se implementan en el núcleo de la CPU B, que funciona como motor de control. Se utiliza la comunicación entre procesadores para intercambiar variables entre las CPUs. El convertidor digital-analógico y las salidas digitales se utilizan para enviar el ciclo de trabajo y las variables de estado del sistema al osciloscopio para la retroalimentación visual de los usuarios. Se modelan e implementan dos sistemas típicos con dinámicas rápidas y lentas en el motor de simulación. Bajo la excitación generada por el motor de control, se pueden observar las dinámicas del sistema con fines de estudio. También se demuestra el control en lazo cerrado para un convertidor buck en el prototipo desarrollado, donde se prueban las variaciones de voltaje de entrada y carga. Los resultados de las pruebas indican que el simulador digital puede emular bien el modelo promedio de señal pequeña de un convertidor de potencia en escenario de lazo abierto y lazo cerrado. Mientras tanto, los parámetros de control se pueden modificar para la evaluación del rendimiento del sistema y con fines educativos. El sistema HIL de bajo costo propuesto se puede aplicar fácilmente a la enseñanza de ingeniería, así como a la fase de desarrollo rápido de prototipos del diseño de productos.