電機控制系統廣泛應用于航空航天、軌道、兵器、船舶、工業自動化等領域，隨著電機控制系統交流化、數字化、集成化的發展趨勢，利用半實物仿真提高系統的開發效率越來越受到重視。在針對伺服控制器成品的測試驗證階段，HIL 半實物仿真可以根據測試對象、測試方法的不同，分為信號級、功率級和機械級三種形式。

電機控制系統半實物仿真簡介
        信號級HIL：測試系統利用基于FPGA 的高速實時仿真技術來模擬逆變器、電動機、機械負載。測試對象為伺服控制器。信號級HIL 已經在國內各行業得到廣泛應用，具有造價低、組建靈活等特點。但是，由于控制器成品往往將控制器與驅動器做成一體，信號級HIL 必須由待測控制器提供電流反饋接口，否則無法完成電流閉環，同時，信號級HIL 也無法實現對逆變器（驅動放大部分電路）的測試，所以其測試對象覆蓋面窄，可在單獨測試電機控制器控制邏輯時選用信號級HIL。
        機械級HIL：利用仿真設備通過電機拖動臺架子系統與待測電機及控制器進行機械連接，實現對機械負載的模擬。測試對象為包括控制器、驅動器、電機、傳動的完整伺服控制系統。該方法是針對伺服系統的完整測試方法，也常常作為出廠檢測的手段，但是也有造價高、周期長、占地大等局限，并且難以模擬多自由度負載。在測試整套電機傳動系統對負載的響應特性時可選用機械級HIL。
        功率級HIL：測試系統利用FPGA 高速實時仿真技術、變頻器對拖技術模擬電動機和機械負載。測試對象為控制器和驅動器。該方法可以實現針對控制系統更全面測試，但由于其技術難度很高，長期被國外廠商壟斷，價格居高不下。功率級HIL 不需要待測控制器成品提供電流反饋接口，可通過調節參數改變電機負載大小，在測試電機控制器邏輯及驅動器在真實電流條件下的性能時可選用功率級HIL。

● 功率級HIL 的優點：

◆  不需對控制器成品進行接口改造即可測試控制器成品的控制算法+ 驅動器

◆  可測試控制器成品的全部傳感器在高頻大電流環境下的性能

◆  一個功率級 HIL 平臺可覆蓋多種電機控制器的測試，通過修改模型參數即可實現對不同電機、負載的模

◆  不存在機械級 HIL 的安全隱患，也可模擬多自由度負載

◆  不存在機械級 HIL 中的同軸度問題

◆  占地面積小，實施周期短

◆  可實現故障注入

潤科通用功率級HIL：PowerHIL

● 基本原理及組成
        PowerHIL 主要由HiGale 實時仿真子系統和電機電力模擬子系統兩部分組成。HiGale 實時仿真子系統負責電機模型與電流復合控制模型的實時解算；電機電力模擬負載子系統通過變流技術實現對三相負載電流的模擬。電機功率級HIL 原理如下圖：

電機電力模擬子系統又包括創新型主電路、對拖電抗器、信號采集單元、電流傳感器、電壓傳感器。應用脈沖分配技術、多橋臂并聯技術、復合控制技術實現高帶寬、高精度的三相電流控制，從而實現對電機電氣特性的高動態模擬。
        除HiGale 實時仿真子系統和電機電力模擬子系統外，PowerHIL 包括信號適配單元和斷線測試單元。信號適配單元用于理線，對接控制器成品接口；斷線測試單元用于實時仿真機輸出信號測量和斷線測試。其機柜布局如下圖:

下圖為國產某小功率控制器功率級HIL 的效果圖和實驗監控界面，效果圖中，黑色曲線代表電機轉速，紅、綠、藍色曲線分別代表U、V、W 相電流。

● 主要特點：

 ◆   基于 FPGA的 100ns級電機 +逆變器高速動態仿真

◆   可以實現針對控制器 +驅動器的電機控制器成品的整體測試