硬件在环

首先要明确几个概念：对于一个控制系统，一定要有的基础元素是控制器和被控对象。

举个例子，一个简单的灯泡，控制灯泡亮灭的开关就是控制器，灯泡本身就是控制对象。

当然这个控制系统是单向的，这样的控制系统就叫“开环的”，现在的先进控制系统多是“闭环的”：被控对象通过传感器把自己的状态传给控制器，控制器根据这些状态信息，通过执行器控制被控对象改变状态，循环往复。

HIL就是解决闭环系统的控制器测试问题的。

1、HIL的作用
HIL的作用是用数学模型来模拟被控对象，跟控制器链接成闭环，“欺骗”控制器，让控制器以为它控制的是一个真实的被控对象，从而达到测试控制器的目的。

有点拗口，举个例子：
假想“你的头和你的手”构成一个控制系统，大脑就是控制器，手就是被控对象，眼睛就是传感器。

大脑控制手向左移动一米，眼睛要时刻盯着手，看到底有没有移动一米。

这时为了测试大脑这个控制器的功能是否正常，HIL就可以发挥作用了，HIL就是一个高性能的电脑，它上面运行了复杂的算法（数学模型），现在可以把你的手和眼睛拆掉了，只把大脑连接到HIL上，HIL这台电脑会模仿眼睛输出一堆视频信号传输给大脑，让大脑以为它自己还能看得见；HIL又跟大脑控制手动作的接口连接，让大脑以为自己还有手，这样大脑控制手左移1米，这个控制命令就传输到HIL里，HIL就通过内部算法解析，然后输出一个手在左移的动画给大脑，这样大脑就被欺骗了，以为自己还在控制一个真实的手。

这有什么用处？主要可以完成对大脑功能的测试，比如大脑想控制手一万次向左移一米，看其中有多少次能移动到位，用真手测试就把手累抽筋了，用HIL模拟手，只要有电，一直测下去也没问题（自动测试、重复测试）；比如要测大脑控制手去拍钉子，用真手就变一次性的了，用HIL假手测就没问题（极限工况测试），等等。

以汽车行业为例，测试车上的控制器系统，要是做辆真车来测试，不止成本高，而且测试还需要有场地，有人来开车。

如果要看车侧滑时ESP有没有起作用，那就要有车侧滑的场景，这样测试是很危险的，所以用HIL仿真就省事多了。

2、为什么叫硬件在环
上面说的都是闭环系统，这个环指的就是闭环，硬件指的就是真实的控制器，相应的还有模型在环、软件在环、驾驶员在环等等。

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3、HIL的实现
HIL实际上就是一个电脑，这电脑为了骗控制器骗得更逼真，需要具有较强的性能，保证“实时性”，比如你踩个油门，这辆电脑模拟的假车得立即就加速，不能反映一会儿才加速。

电脑上运行的算法叫模型，一般用Matlab制作，也有用C写的。

模型就是一堆数学公式和控制逻辑，比如你控制车加速，需满足的最基本的自然规律就是牛顿第二定律，这就要把牛二公式编成程序放在HIL电脑里，这样才能对控制器控制加速的指令做出符合自然规律的正确反应。

4、应用范围
HIL是用于测试控制器“功能”的，对于控制器性能，一般需采用专门为测性能的设备来做。

由于仿真精度等问题，也不建议用HIL来标定控制器，虽然确实有厂家用HIL做标定。

对于应用，理论上任何闭环控制系统，都能用HIL测试，比如汽车、飞机、电力系统、医疗设备等等，现在应用最广的还是汽车行业。