基于混合模型的开关设备实时仿真：提升精度与资源效率

《Scientific Reports》：Hybrid model-based real-time simulation of switching devices: enhancing precision and resource efficiency

　　

摘要

基于现场可编程门阵列（FPGA）的硬件在环（HIL）仿真技术，凭借其高速并行处理和精确的实时仿真能力，有效解决了功率电子领域中对高功率及电路故障状态仿真的需求。该方法能够优化资源利用率、降低成本并缩短研发周期。然而，传统的FPGA仿真方法在模型转换与参数调整方面往往效率低下，从而降低了模型的可编辑性。此外，代码冗余加剧了资源消耗并增大了仿真步长，限制了对高精度、灵活仿真的支持能力。为应对上述挑战，本文提出了一种基于混合逻辑动力学（MLD）理论的实时仿真方法，旨在提升仿真精度的同时优化FPGA资源利用率。首先，通过理论分析验证了MLD框架在模拟电路动态行为方面的适用性；其次，利用Speedgoat实时仿真器构建目标电路的MLD模型并部署于FPGA平台。对比仿真结果表明，所提方法能够有效实现更小的最小步长并减少FPGA资源消耗，为未来HIL相关研究提供了一种可行途径。