Echtzeit-HIL / RCP Box
The Impedyme HIL/RCP-Box is a high-performance modular platform purpose-built for 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.
What Sets HIL/RCP-Box Apart?
Unlike conventional RCP hardware, the Impedyme HIL/RCP-Box includes industry-grade signal conditioning and next-gen PWM control that meet the demands of today’s fastest power electronic systems:
- 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
- Built for demanding applications, the HIL/RCP-Box is equipped with a dual-core ARM processor and an Ultrascale+ FPGA, offering:
- 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
- With its real-time processing capabilities, stackable design, and FPGA precision, the Impedyme HIL/RCP-Box is the ultimate hardware-in-the-loop solution for modern RCP workflows.
Modellbasierter Entwicklungsworkflow für ultraschnelle FPGA-beschleunigte HIL- und RCP-Anwendungen
Model-based design is the core of the Impedyme HIL/RCP-Box workflow, enabling engineers to develop, validate, and deploy complex control systems with a unified toolchain. Instead of writing firmware manually, engineers construct high-fidelity plant and controller models in graphical environments such as MATLAB/Simulink, then compile them directly onto the RCP-Box’s multi-core FPGA and ARM-based architecture. This methodology allows seamless transition from offline simulations to real-time Hardware-in-the-Loop (HIL) tests, with the HIL/RCP-Box executing models at sub-microsecond time steps.
Nahtlose MATLAB/Simulink-Integration
The HIL/RCP-Box is natively optimized for MATLAB/Simulink workflows, enabling:
-
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/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
The Impedyme HIL/RCP-Box leverages a multi-core FPGA architecture to overcome the limitations of traditional CPU-based HIL systems, delivering ultra-fast, high-fidelity real-time simulation for power electronics, motor drives, and grid models.
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 HIL/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..
By combining precision signal conditioning with high-speed digital and optical interfaces, the HIL/RCP-Box delivers störresistente Datenübertragung mit hoher Bandbreite für fortschrittliche Closed-Loop-Regelung und Validierung.
Präzise Sensor- und Analogsignal-Schnittstelle
The HIL/RCP-Box supports high-accuracy, EMI-resistant signal acquisition for real-time control and 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.. Programmable excitation and accurate angle reconstruction make the HIL/RCP-Box ideal for traction drives, robotics, and aerospace actuation systems.
Echtzeitsteuerung von Aktoren und Leistungsstufen
The HIL/RCP-Box delivers 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
To support modern control and HIL architectures, the HIL/RCP-Box includes:
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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
For next-generation inverter and HV systems, the HIL/RCP-Box integrates:
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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
To accommodate diverse project requirements, the HIL/RCP-Box is offered 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
The HIL/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 ensure reliable operation under continuous and high-load conditions — making the HIL/RCP-Box ideal for long-duration testing and mission-critical development.
Wichtige technische Merkmale:
- Hochgeschwindigkeits-Echtzeitprozessor
- Erweiterbarer Speicher und Datenspeicher
- Kompakte, robuste Bauform
- Effizientes Energie- und Wärmemanagement
Erweitertes Software-Ökosystem und Entwicklungstools
The HIL/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 connects MATLAB/Simulink directly to the HIL/RCP-Box hardware, allowing models to be deployed to the CPU, FPGA, or a hybrid co-execution setup without manual coding.
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
The HIL/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.
For deeper analysis, the HIL/RCP-Box also provides 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
The HIL/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
By integrating advanced simulation and control testing, the HIL/RCP-Box ensures systems meet performance and regulatory requirements—minimizing the risk of failure.
Cost & Time Savings with the HIL/RCP-Box
The HIL/RCP-Box accelerates development cycles 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)
This makes the HIL/RCP-Box a cost-effective solution for modern, fast-moving engineering projects.
Praxisanwendungen
The HIL/RCP-Box's versatility is showcased through its extensive 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.
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