HiL有多厲害？實際操作給你看－HiL應用案例
產品在設計與研發的過程中，測試是非常重要的環節，這個階段能將各種情境計算進去，避免產品真正上市後產生問題，甚至付出更多的成本，而硬體迴路模擬系統（HiL）就能提供這樣的測試，大幅縮短測試時間與成本，也能提高產品的品質，今天就來看看有HiL有什麼樣的應用案例吧。
Introduction
介紹說明
馬達驅控自動測試系統
為了提高產品品質與穩定度，完整的系統測試是最關鍵流程之一。搭配硬體迴路模擬系統的外掛高速通訊模組，上位控制系統可透過RS-485通訊，快速連接受測控制器與HiL，包含控制器設定、環境設定（馬達與負載等）、測試流程規劃、測試情境的設計等，都可自動化執行，大幅縮短測試時間與成本，提高測試覆蓋率與產品品質。
馬達驅動器開發平台
硬體迴路模擬系統以10MHz的數位輸入接收由馬達驅動器送出的功率元件開關訊號(gate driving signal)，以此PWM訊號進行一連串的判斷與馬達模型運算，並將最終的系統狀態，如: 電流與馬達轉速以1MHz的類比輸出回傳，完整呈現實際系統運作。經過大量實驗調整與優化，可在設計階段取代真實平台，在開發前期即可快速完成控制系統功能與性能驗證。
數位孿生(Digital Twin)應用
硬體迴路模擬系統即時模擬的特點，可直接建構物理系統的數位分身，以起重機為例（類似單擺動態），如馬達與驅動器容量、天車車重、齒輪箱減速比、繩長、吊掛貨物重量等，皆可透過建模完成，再依此虛擬系統驗證控制方法的可行性以及參數最佳化。在HiL上調整好後，再直接將調整後的控制器輸入到真實系統，做最終的性能"確認"。由於設計與調整的過程，都是在硬體迴路模擬系統中完成，因此完全無須大電、不用配線、不須實際機台，可加速性能調整，且完全跳過開發初期的測試可能帶來的風險，此為數位分身目前最普遍且實際的應用。
電動車傳動系統即時模擬
電動車整車即時模擬包含三個主要部分:
- 車輛動態與路面條件模擬
- 動力模擬（電機）
- 電機驅動
在此案例中，車體相關模擬以權威車輛模擬軟體CarSim進行建模，並下載到RT系統運行；車體動力來源，則是由HiL即時模擬電機產生的轉矩所提供；即時模擬電機的運轉，則透過一真實驅動控制板(PWM訊號)所操控。如此則可以完整模擬一電動車的行駛狀態，藉此驗證電動車驅動控制器的控制性能。
電動機車傳動系統即時模擬
如同電動車一樣，電動機車整車動態即時模擬亦包含: 車輛動態與路面狀況、電機模擬、電機驅動三大部分。唯一不同處在於，機車與路況相關建模改用模擬軟體BikeSim。如此一來則可將即時模擬驗證平台，由電動車迅速轉換成電動機車動力系統驗證平台(四輪變兩輪)，只須要將HiL內的相關參數改成符合電動機車使用的配置，並搭配適當的驅動控制器，即可開始驗證電動機車驅動控制器的控制性能與整車動態。
運行中電機參數變化
不同於一般模擬軟體需要設定好參數再開始進行模擬，HiL可以線上即時修改所有系統參數，因此可模擬系統運行間參數變動的情況。最實際的例子，就是電機因溫度上升造成參數改變，進而引起控制效果下降的案例。此案例中，客戶在系統運行間，將感應電機的轉子電阻不斷調高以模擬出溫升的效果，可以明顯看出因轉子電阻改變引發磁場定向的偏差，而使控制效率下降（電流上升、轉速控制精度下降）。
主圖photo by AdobeStock
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