Echtzeit-HIL / RCP Box
Die Impedyme RCP Box ist eine leistungsstarke modulare Plattform, die speziell für Rapid Control Prototyping (RCP) in der Leistungselektronik und in Embedded-Regelungssystemen entwickelt wurde. Ausgestattet mit einem frei programmierbaren Ultrascale+-FPGA und nahtloser Hardware-in-the-Loop (HIL) Integration ermöglicht sie Ingenieuren, Controllerin Echtzeit zu testen, Entwicklungszyklen zu verkürzen und fortschrittliche Wandleralgorithmen mit höchster Geschwindigkeit und Präzision zu validieren.
Was die RCP-Box besonders macht
Im Gegensatz zu konventioneller RCP-Hardware verfügt die Impedyme RCP Box über industriegerechte Signalaufbereitung und PWM-Steuerung der nächsten Generation, die den Anforderungen moderner Hochgeschwindigkeits-Leistungselektronik gerecht werden:
- Vollständig programmierbares analoges Front-End zur präzisen Signalaufbereitung und Anpassung
- Erweiterte Pulsweitenmodulations-(PWM)-Funktionen für hochauflösende und hochdynamische Regelstrategien
- Umfassende und spezialisierte I/Os für komplexe Anwendungen in der Leistungselektronik
Hochleistungsarchitektur & Skalierbarkeit
- Für anspruchsvolle Anwendungen ausgelegt, ist die RCP Box mit einem Dual-Core-ARM-Prozessor und einem Ultrascale+-FPGA ausgestattet und bietet:
- Closed-Loop-Regelfrequenzen bis zu 250 kHz zur Echtzeitausführung fortschrittlicher Regelalgorithmen
- Skalierbarkeit auf bis zu 64 gestapelte Einheiten, wodurch ein vernetztes System mit tausenden I/Os entsteht
- RealSync-Technologie, ein proprietäres Synchronisationssystem mit Sub-µs-Übertragungslatenz und Nanosekunden-Präzision, das mehrere Einheiten so integriert, als würden sie als ein einzelner Controller arbeiten
- Mit ihren Echtzeit-Verarbeitungsfähigkeiten, dem stapelbaren Design und der FPGA-Präzision ist die Impedyme RCP Box die ultimative Hardware-in-the-Loop-Lösung für moderne RCP-Workflows.
Modellbasierter Entwicklungsworkflow für ultraschnelle FPGA-beschleunigte HIL- und RCP-Anwendungen
Der modellbasierte Entwurf bildet den Kern des Workflows der Impedyme RCP Box und ermöglicht Ingenieuren die Entwicklung, Validierung und Implementierung komplexer Regelungssysteme mit einer einheitlichen Toolchain. Anstatt Firmware manuell zu programmieren, erstellen Ingenieure hochpräzise Anlagen- und Reglermodelle in grafischen Umgebungen wie MATLAB/Simulink und kompilieren diese direkt auf die Multi-Core-FPGA- und ARM-basierte Architektur der RCP Box. Diese Methodik erlaubt einen nahtlosen Übergang von Offline-Simulationen zu Echtzeit-Hardware-in-the-Loop-Tests, wobei die RCP Box Modelle mit Zeitschritten im Sub-Mikrosekundenbereich ausführt.
Nahtlose MATLAB/Simulink-Integration
Die RCP Box ist nativ für MATLAB/Simulink-Workflows optimiert und ermöglicht:
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Direkte Kompilierung von Anlagen- und Regelungsmodellen auf das FPGA-Fabric
Hardware-Synthese von hochfrequenter PWM-Logik, Motormodellen, Schaltvorgängen und Regelkreisen ohne manuelles HDL-Coding -
Closed-Loop-Echtzeitausführung mit festen Sub-µs-Simulationsschritten
Durchgängige Workflow-Kontinuität vom Modell bis zur Validierung -
Ingenieure können nahtlos
von Simulation → Datenerfassung → HIL → PHIL wechseln , ohne Modelle neu zu entwerfen oder umzuschreiben.
1. Simulation
Offline-Modell
Hochrangige Simulink-Modelle für Anlagen- und Reglerentwurf.
2. Datenerfassung
Systemidentifikation
Gemessene Signale verfeinern Modelle vor HIL/PHIL-Tests.
3. HIL auf der RCP-Box
Hardware-in-the-Loop (HIL)
Das FPGA der RCP Box führt Echtzeitmodelle mit Sub-µs-Zeitschritten aus.
4. Power-HIL
PHIL
Modelle werden in reale Leistungsstufen eingespeist und mit Hardware-Feedback betrieben.
Hochpräzises HIL durch FPGA-beschleunigte Architektur
Die Impedyme RCP Box nutzt eine Multi-Core-FPGA-Architektur, um die Einschränkungen traditioneller CPU-basierter HIL-Systeme zu überwinden und ultraschnelle, hochpräzise Echtzeitsimulationen für Leistungselektronik, Motorantriebe und Netzmodelle zu ermöglichen.
Wesentliche Vorteile:
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Eliminierung von Bus-Transfer -Latenzen durch gemeinsame Ausführung von Berechnung und I/O
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Parallele Simulation von Wechselrichtern, Motoren und Netzen
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Sub-Mikrosekunden-Zeitschritte für Regelkreise mit hoher Bandbreite
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Erfassung schneller Schaltvorgänge mit Nanosekunden-Flankenauflösung
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Stabile Simulation hochordentlicher, nichtlinearer Systeme einschließlich Sättigungseffekten
Automatische Codegenerierung und schnelle Bereitstellung
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Die RCP Box bietet eine vollständig automatisierte Generierung von HDL- sowie C/C++-Code direkt aus Simulink-Regelungs-, Anlagen- und FPGA-beschleunigten Modellen.
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Umwandlung hochrangiger Modelle in FPGA-Bitstreams und ARM-Executables ohne manuelle Firmwarearbeit
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Deterministische Modell-zu-Hardware-Übereinstimmung über die gesamte Toolchain hinweg
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Einheitlicher Workflow mit Ein-Klick-Deployment auf FPGA-Fabric und heterogene Embedded-Prozessoren
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Kurze Build-Zeiten für schnelle Iterationen bei Änderungen von Regelungslogik oder Fixed-Point-Pipelines
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Ideal für Hochfrequenz-Leistungselektronik und Wandlerdesigns mit extrem schnellen Regelanforderungen
Fortgeschrittene Echtzeit-Experimente und Automatisierung
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Die RCP Box ermöglicht automatisierte Echtzeittests über MATLAB, , Simulink Testund externe Skriptframeworks.
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Automatisierte Parametersweeps für zentrale Regelgrößen (PLL-Bandbreite, PWM-Frequenz, Dead-Time, Beobachterverstärkungen, FOC-Tuning)
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Deterministische Sample-für-Sample-Ausführung in allen Experimenten
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Regressionstests und Stabilitätsvalidierung über Firmware-Versionen hinweg
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Echtzeit-Injection nichtlinearer und fehlerhafter Betriebszustände (Sättigung, Hysterese, Harmonische, Kurzschluss, Phasenausfall, Überstrom, thermische Ereignisse)
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Hochdurchsatz-Workflows zur Beschleunigung der Validierung und Erweiterung der Testabdeckung für PHIL, Motor-RCP und Wandlerprototyping
| Funktion | technische Vorteile |
|---|---|
| Direkte Simulink-zu-FPGA-Kompilierung | Hardwarebeschleunigte Ausführung ohne manuelles HDL |
| Sub-µs-Closed-Loop-Echtzeitbetrieb | entscheidend für SiC/GaN-Wechselrichter und Hochgeschwindigkeits-Motorregelung |
| Automatische Codegenerierung | reduziert Integrationsfehler und eliminiert manuelle Programmierung |
| Schnelle Bereitstellung | kurze Iterationszyklen bei Modellupdates |
| Erweiterte Fehler- und Nichtlinearitäts-Injection | hochpräzise Tests von Grenzfällen und Schutzlogik |
| Einheitlicher Simulation → HIL → PHIL-Workflow | konsistentes Modellverhalten über alle Entwicklungsphasen |
Erweiterte schlüsselfertige I/O- und Konnektivitätsarchitektur
Die Impedyme RCP Box verfügt über eine leistungsstarke I/O- und Konnektivitätsarchitektur für Echtzeitregelung, Leistungselektroniktests, Motorantriebsentwicklung sowie HIL- und PHIL-Anwendungen.Ihr deterministisches Design mit niedriger Latenz ermöglicht die nahtlose Integration von Sensoren, Aktoren, Wechselrichtern und Kommunikationsnetzwerken in anspruchsvollen Umgebungen wie EV-Antriebssträngen, Industrieautomation und netzgekoppelten Systemen..
Durch die Kombination präziser Signalaufbereitung mit hochgeschwindigen digitalen und optischen Schnittstellen liefert die RCP Box störresistente Datenübertragung mit hoher Bandbreite für fortschrittliche Closed-Loop-Regelung und Validierung.
Präzise Sensor- und Analogsignal-Schnittstelle
Die RCP Box unterstützt hochgenaue, EMI-resistente Signalaufnahme für Echtzeitregelung und Monitoring.
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Differenzielle analoge Ein- und Ausgänge für Spannungs- und Strommessung
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Front-End mit hohem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) für raue elektrische Umgebungen
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Direkte Anbindung von Temperatur-, Druck- und Hall-Sensoren
Hochauflösendes Feedback für Motor- und Antriebsregelung
Eine integrierte Resolver- und Encoder-Schnittstelle liefert präzises Rotorpositions- und Drehzahlfeedback für PMSM-, BLDC- und Asynchronmotoren.Programmierbare Erregung und genaue Winkelrekonstruktion machen die RCP Box ideal für Traktionsantriebe, Robotik und Luftfahrt-Aktuatorsysteme.
Echtzeitsteuerung von Aktoren und Leistungsstufen
Die RCP Box bietet digitale Steuerung mit extrem niedriger Latenz und hochgeschwindige PWM-Generierungfür deterministische Regelung von:
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Motorantrieben und Servos
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Leistungswandlern und Wechselrichtern
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Robotik- und Automotive-Aktuatoren
Industrielle und Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsschnittstellen
Zur Unterstützung moderner Regelungs- und HIL-Architekturen umfasst die RCP Box:
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CAN / CAN-FD für Automotive- und Industriesysteme
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Hochgeschwindigkeits-Ethernet für Datenstreaming und SCADA-Integration
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UART, SPI und I²C für Peripherie- und Sensoranbindung
Synchronisations-I/O für Multi-Unit-HIL- und PHIL-Setups
Ultrahochgeschwindigkeits-Schnittstellen für Leistungselektronik
Für Wechselrichter der nächsten Generation und Hochspannungssysteme integriert die RCP Box:
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SFP+ (bis 12,5 Gbit/s) für Echtzeitdaten und Multi-Node-Synchronisation
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Glasfaser-I/O für EMI-immune Hochspannungsumgebungen
Diese Schnittstellen sind ideal für SiC/GaN-Wechselrichtertests, Microgrids und PHIL-Konfigurationen.
Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O für Wechselrichtertests
Erweiterte digitale Kanäle der RCP Box unterstützen:
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Signalerfassung mit Nanosekunden-Auflösung
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Hochfrequente PWM-Generierung
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Fehlererkennung und Trigger-Eingänge
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Encoder-Unterstützung (ABZ)
Konfigurierbare Frontpanel-Erweiterungsoptionen
Um unterschiedlichen Projektanforderungen gerecht zu werden, wird die RCP Box in zwei Frontpanel-Erweiterungskonfigurationenangeboten. Beide Varianten verfügen über dieselbe Verarbeitungsarchitektur, Echtzeitleistung und denselben modellbasierten Entwicklungsworkflow; der einzige Unterschied liegt im verfügbaren Erweiterungsmodul auf der Frontseite. Anwender können die Konfiguration wählen, die am besten zu ihrer I/O-Dichte, ihren Anforderungen an Sensor-/Aktor-Schnittstellen oder an die Systemintegration passt. Diese Modularität stellt sicher, dass jedes Entwicklungsteam die optimale Konnektivitätsstruktur auswählen kann, ohne Kompromisse bei den Kernfunktionen der Plattform eingehen zu müssen.
Modular I/O card with configurable analog or digital channels.
Anlog High Resolution Inputs Channels
High-speed 10Gb optical communication links.
Fiber-optic interface with galvanic isolation.
Hardwarearchitektur und technische Spezifikationen
Die RCP Box wurde für hochleistungsfähiges Rapid Control Prototyping und sowie Echtzeit-HIL/PHIL-Anwendungen in Leistungselektronik und Embedded-Systemen entwickelt. Ihre optimierte Hardwarearchitektur liefert die Geschwindigkeit, Stabilität und Flexibilität, die für die Ausführung fortschrittlicher Regelalgorithmen erforderlich sind.
Das System verfügt über einen leistungsstarken Prozessor für schnelle Echtzeitberechnungen und präzise Steuerung sowie über erweiterbaren Speicher und Datenspeicher für komplexe Modelle und große Datensätze. Das kompakte, industriegerechte Design ermöglicht eine einfache Integration sowohl im Labor als auch im Feldeinsatz.
Ein fortschrittliches Energie- und Thermomanagement gewährleistet zuverlässigen Betrieb unter Dauerlast und hohen Belastungsbedingungen — wodurch die RCP Box ideal für Langzeittests und missionskritische Entwicklungsaufgaben ist.
Wichtige technische Merkmale:
- Hochgeschwindigkeits-Echtzeitprozessor
- Erweiterbarer Speicher und Datenspeicher
- Kompakte, robuste Bauform
- Effizientes Energie- und Wärmemanagement
Erweitertes Software-Ökosystem und Entwicklungstools
Die RCP Box wird durch ein integriertes Software-Ökosystem unterstützt, das speziell für Rapid Control Prototyping und sowie Echtzeit-HIL/PHIL-Ausführung in Leistungselektronik- und Embedded-Regelungssystemen entwickelt wurde. Es optimiert den gesamten Workflow — von der Modellentwicklung und automatischen Codegenerierung bis hin zu Deployment, Debugging und Live-Monitoring.
Ingenieure arbeiten in einer vertrauten und intuitiven Umgebung und können sich auf Regelalgorithmen statt auf komplexe Konfigurationen konzentrieren. Das Ergebnis sind schnellere Validierung, weniger Fehler und ein kürzerer Weg vom Konzept zum Prototyp..
Impedyme RT Echtzeit-Testsoftware
Impedyme-RT verbindet MATLAB/Simulink direkt mit der RCP Box-Hardware und ermöglicht die Bereitstellung von Modellen auf CPU, FPGA oder in hybriden Co-Execution-Setups ohne manuelle Programmierung.
Funktionen:
- Automatische Code- und HDL-Generierung
- Gemeinsame CPU- und FPGA-Ausführung
- Echtzeit-Parameterabstimmung und Signal-Streaming
- Ein-Klick-Deployment für HIL- und PHIL-Umgebungen
Mit Impedyme-RT können Teams nahtlos von Desktop-Simulation zu Echtzeit-HIL- und PHIL-Tests wechseln und dabei Konsistenz, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit über den gesamten Entwicklungszyklus hinweg sicherstellen.
Debugging-, Monitoring- und Echtzeit-Analyse-Tools
Die RCP Box bietet Ingenieuren umfassende Echtzeit-Einblicke in interne Signale, Regelkreise und FPGA-Verhalten während des Betriebs. Statt auf Offline-Ergebnisse zu warten, können Leistung live überwacht, Anpassungen sofort vorgenommen und Probleme exakt zum Zeitpunkt ihres Auftretens identifiziert werden.
Parameter lassen sich während des Betriebs anpassen, interne Variablen in Echtzeit streamen und die Systemleistung direkt bewerten — wodurchFehlersuche deutlich schneller und präziser wird. Dies beschleunigt die Validierung und reduziert Entwicklungsrisiken sowie Nacharbeit.
Für detaillierte Analysen bietet die RCP Box zusätzlich schrittweise Ausführungsverfolgung, umfassendes Signallogging und Visualisierung von FPGA-Ereignissen,was eine gründliche Nachbearbeitung und Ursachenanalyse ermöglicht.
Spezialisierte Test- und Emulationsanwendungen
Das Ökosystem umfasst domänenspezifische Tools, die gezielt für Ingenieure in Leistungselektronik und Motorantriebstechnik entwickelt wurden.
MotorSim Studio
Eine dedizierte Umgebung zur Motor- und Antriebsemulation mit Unterstützung für PMSM-, BLDC- und Asynchronmaschinen.
Funktionen:
Echtzeit-Simulation nichtlinearer Motorverhalten (Hysterese, Sättigung)
Tests von Drehmomentwelligkeit und Entmagnetisierungsbelastung
Robustheits- und Fehler-Injection-Szenarien für Regler
Echtzeit-Wellenformvisualisierung
Softwarepaket GridSim Studio
Ein leistungsstarkes Werkzeug zur Netzsimulation und Wechselrichtervalidierung mit:
Echtzeit-Impedanzemulation
Spannungs-Ride-Through-Sequenzen
Harmonischen- und Fehler-Injection
Skalierbarer Mehrphasen- und Microgrid-Emulation
Risk Reduction in Development Projects
Die RCP Box (Rapid Control Prototyping Box) reduziert Entwicklungsrisiken, indem sie Echtzeittests und Validierung bereits in frühen Projektphasen ermöglicht. Teams können Probleme schneller erkennen, kostspielige Neuentwicklungen vermeiden und eine reibungslosere Projektdurchführung in anspruchsvollen Entwicklungsumgebungen sicherstellen.
Wesentliche Vorteile:
- Früherkennung von Fehlern
- Echtzeit-Validierung und Verifikation
- Unterstützung bei Konformitätstests gemäß Industriestandards
Durch die Integration fortschrittlicher Simulation und Regelungstests stellt die RCP Box sicher, dass Systeme Leistungs- und regulatorische Anforderungen erfüllen — und minimiert so das Ausfallrisiko.
Kosten- und Zeiteinsparungen mit der RCP Box
Die RCP Box beschleunigt Entwicklungszyklen durch Rapid Prototyping und Echtzeittests und reduziert die Time-to-Market erheblich. Gleichzeitig optimiert sie Engineering-Ressourcen, indem sie physische Prototyp-Iterationen minimiert und die Effizienz von Simulationen maximiert.
Zentrale Vorteile:
- Schnellere Entwicklungszyklen
- Geringere Hardwarekosten
- Höhere Kapitalrendite (ROI)
Damit ist die RCP Box eine kosteneffiziente Lösung für moderne, dynamische Entwicklungsprojekte.
Praxisanwendungen
Die Vielseitigkeit der RCP Box zeigt sich in ihren umfangreichen realen Einsatzgebieten.Sie wurde erfolgreich in zahlreichen Branchen integriert und hat komplexe Regelungssysteme sowie Prototyping-Methoden revolutioniert.
1
Netzgekoppelte Systeme
Wechselrichter, Microgrids und Energieverteilnetze für stabile und effiziente Energieversorgung.
2
Elektrische Antriebssysteme
Hochgeschwindigkeits-Motorregelung, Traktionswechselrichter und Industrieautomationsanwendungen.
3
Energiespeicher- und Hybridsysteme
Batteriemanagementsysteme, hybride Energieanwendungen und Lösungen zum Energieausgleich.
4
Erneuerbare Energietechnologien
Solar-PV-Wechselrichter, Windkraftumrichter und Brennstoffzellen-Controller.
5
Automotive und Elektromobilität
EV-Antriebsstränge, Ladesysteme, ADAS-Prototyping und autonome Fahrzeugsteuerung.
6
Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Forschung
Flugsteuerungssysteme, Raketenlenkung, Robotik, akademische Forschung und Echtzeitsimulation.
