Las pruebas HIL en un párrafo
En una prueba hardware-in-the-loop, el dispositivo bajo prueba (DUT) es el hardware de control real con su software real: una unidad de control de motor, un sistema de gestión de baterías, el control de un inversor o la controladora de vuelo de un dron. Todo lo que normalmente detecta y acciona, como el vehículo, la máquina o el entorno, se sustituye por una simulación en tiempo real que lee las salidas del controlador y le devuelve señales de sensores. El lazo queda cerrado e, idealmente, el controlador no nota que no está en el sistema real.
Por eso HIL es la etapa en la que el software se encuentra con la temporización, las interfaces y la electrónica reales, antes de que exista el sistema completo o cuando probarlo sería inseguro o demasiado caro.
MIL, SIL, PIL y HIL: dónde se sitúa HIL
HIL es un peldaño de una escalera de entornos de prueba cada vez más reales, que suele dibujarse en la rama derecha del modelo en V. Cada peldaño encuentra errores que el anterior no puede encontrar:
| Etapa | Qué es real | Qué se simula | Hallazgos típicos |
|---|---|---|---|
| Model-in-the-loop (MIL) | Nada: controlador y planta son modelos | Todo | Errores de diseño de la ley de control y de lógica |
| Software-in-the-loop (SIL) | Código de producción compilado para un PC | Planta, sensores y temporización | Errores de programación e integración, regresiones |
| Processor-in-the-loop (PIL) | Código ejecutándose en el procesador destino | Planta y E/S | Problemas numéricos y de tiempo de ejecución |
| Hardware-in-the-loop (HIL) | El controlador completo con sus E/S | Planta y entorno, en tiempo real | Errores de interfaz, temporización, gestión de fallos e integración |
| Prueba de campo o de vuelo | Todo | Nada | Efectos que ningún modelo recogió |
Los componentes de un banco de pruebas HIL
Sea cual sea el sector, un banco de pruebas HIL, también llamado sistema o simulador HIL, se compone de las mismas piezas:
- Simulador en tiempo real. Un ordenador que ejecuta el modelo de la planta con un paso de tiempo fijo y determinista, lo bastante rápido para las frecuencias de lazo del controlador.
- Modelo de planta y entorno. La física sobre la que actúa el controlador: dinámica del vehículo, motores, baterías, aerodinámica y sensores. Su fidelidad determina lo que la prueba puede demostrar.
- E/S y acondicionamiento de señal. Canales analógicos y digitales, PWM, CAN, buses serie y Ethernet, con los niveles de tensión y la temporización que espera el controlador.
- Dispositivo bajo prueba. El controlador real, idealmente con su firmware, cableado y conectores de producción.
- Inserción de fallos. La capacidad de abrir, cortocircuitar o corromper señales para probar la detección de fallos y los estados seguros.
- Automatización y registro. Casos de prueba programados, criterios de aceptación y registro sincronizado para pruebas de regresión.
- Estímulo físico cuando hace falta. Algunos sensores no pueden simularse de forma convincente como señales eléctricas. Entonces el propio sensor se mueve, se carga o se calienta en un banco físico.
Cómo montar un banco de pruebas HIL, paso a paso
Un banco HIL es un instrumento de medida para software. Su montaje sigue el mismo orden sea cual sea el producto:
- Defina las preguntas. Anote qué requisitos debe verificar el banco: prestaciones de control, reacciones ante fallos, temporización o regresión tras cada versión de software.
- Enumere las interfaces del controlador. Cada entrada y salida con su tipo de señal, rango, frecuencia de actualización y presupuesto de latencia. Esta lista dimensiona el hardware de E/S.
- Elija la fidelidad del modelo. Use el modelo más sencillo que siga cubriendo cada requisito y añada detalle solo donde una prueba lo necesite.
- Cierre el lazo y mida la temporización. Mida la latencia de extremo a extremo desde la salida del controlador hasta la señal de sensor devuelta y compárela con el periodo del lazo del controlador.
- Valide el propio banco. Compare sus resultados con datos conocidos, pruebas anteriores o registros de vuelo antes de confiarle software nuevo.
- Automatice y versione todo. Programe los casos de prueba, versione modelos y scripts junto con el software y archive cada ejecución.
Cuándo el movimiento físico entra en el lazo
El HIL clásico es eléctrico: el simulador sustituye a los sensores generando sus señales. Para una controladora de vuelo, eso significa alimentarla con datos simulados de IMU, barómetro y GNSS. Así se prueba la ruta del software, pero no los sensores reales, su montaje ni sus errores de vibración y alineación.
Una plataforma de movimiento cierra ese hueco. Con la controladora sobre un banco de pruebas de 3 ejes, sus propios giróscopos y acelerómetros perciben alabeo, cabeceo y guiñada reales, mientras el modelo del vehículo y el resto del entorno siguen simulados. Los encoders de cada eje aportan la referencia real de la actitud que estima el controlador.
Este es el enfoque de INFINITE-HIL X1, una plataforma de 3 ejes con rotación continua de 360° y encoders absolutos de 21 bits que combina el movimiento físico de actitud con entradas de prueba basadas en modelos. La página de pruebas HIL para drones recorre ese lazo paso a paso.
Dónde se utilizan las pruebas HIL
- Automoción: unidades de control de motor, transmisión, frenos y asistencia a la conducción, el origen de la mayoría de los sistemas HIL comerciales.
- Aeroespacial y UAV: controladoras de vuelo, pilotos automáticos, aviónica y controladores de actuadores.
- Electrónica de potencia y energía: inversores, accionamientos de motores y sistemas de gestión de baterías, a menudo con modelos polifásicos rápidos.
- Robótica y automatización industrial: controladores de movimiento y lógica de PLC probados frente a máquinas simuladas.
Lo que las pruebas HIL no pueden decirle
Un banco HIL es tan bueno como sus modelos e interfaces. No revelará efectos que nadie modeló, como una aerodinámica inesperada o interferencias electromagnéticas, y puede ocultar problemas de temporización si la simulación se comporta de forma distinta a la realidad. Por eso HIL complementa las pruebas de campo y de vuelo en lugar de sustituirlas: las hace menos frecuentes, más seguras y más precisas. Para UAV, la guía de pruebas de controladoras de vuelo muestra cómo encajan las etapas.
¿Está planificando un banco de pruebas HIL para un UAV, una controladora de vuelo u otro producto electromecánico? Cuéntenos cómo es su sistema. INFINITE-HIL diseña sistemas de prueba y simulación HIL a medida según el producto y el presupuesto.