在核聚變能源研究領域，輔助加熱系統的性能至關重要，而脈沖階梯調制（PSM）高壓電源作為中性束注入等輔助加熱系統的核心供能單元，其研發與驗證一直是關鍵環節。PSM高壓電源基于模塊化串聯拓撲結構，通過大量低壓功率單元的精密協同工作，實現低紋波、高動態響應的直流高壓輸出，其性能直接決定了中性束注入系統的加熱效率與等離子體控制精度。然而，在極端等離子體物理環境下，確保PSM高壓電源的可靠性、實時性以及容錯能力，同時規避高成本、高風險的實物測試，成為研發過程中亟待解決的難題。
為應對這一挑戰，EasyGo半實物仿真平臺提供了創新的解決方案。該平臺支持用戶在Matlab Simulink上搭建PSM高壓電源拓撲模型，并通過EasyGo DeskSim軟件將模型載入并部署到仿真設備中，實現與真實控制器的聯合調試。這種基于硬件在環（HIL）的半實物仿真方法，為PSM高壓電源的研發提供了一個完整的虛擬調試與驗證環境，有效降低了研發工程風險。
在PSM高壓電源模型的構建中，考慮到實時仿真時FPGA可容納的拓撲規模有限，研發團隊采用了模型分割技術。以不控全橋的直流側電容為分割點，將拓撲模型分為低頻部分和高頻部分，分別放入CPU和FPGA中進行仿真。具體實現方式為測量左側電壓和右側電流，以受控電壓源和受控電流源的形式傳遞所測值，進行等效分割處理?；诖耍脚_封裝了CPU部分與FPGA部分的級聯模塊，方便用戶在Matlab Simulink建模時調用。
以150個子模塊串聯的PSM高壓電源模型為例，研發團隊進行了詳細的實時仿真聯合調試。在控制算法方面，分別采用了PSM控制、PWM配合PSM控制以及移相控制三種方式。PSM控制算法根據目標輸出電壓調節子模塊調用數量，通過電壓環的PI調節輸出需調用的子模塊數量M，形成閉環控制。然而，該方法存在輸出電壓紋波較大、靈活性不足的問題。在離線仿真中，設定Vref為50kV，啟動控制后，負載輸出穩定在50kV左右；而在實時仿真中，將Vdc_ref設置為50kV，負載電壓穩定在49850~50200V左右。通過實時調參，將Vdc_ref修改為52kV并切換至開環控制模式，可手動輸入需要調用的子模塊個數，調整投入使用的子模塊數為140個。
為改善PSM控制的紋波問題，研發團隊提出了PWM配合PSM控制算法。該算法僅對第150個子模塊使用PWM控制，其余149個子模塊仍采用PSM控制。在離線仿真中，設定Vref為50kV，啟動控制后，負載輸出波形顯示紋波明顯減少；實時仿真中，將Vdc_ref設置為50kV，負載電壓穩定在49900~50100V左右，紋波相對于純PSM控制有顯著降低。
研發團隊還探索了載波移相控制算法。該算法在參考波與載波比較過程中，對不同子模塊的載波依次移相。以150個模塊串聯的模型為例，同相子模塊的載波依次移相2.4°。在離線仿真中，設定Vref為50kV，啟動控制后，負載輸出波形穩定；實時仿真中，將Vdc_ref設置為50kV，負載電壓穩定在49950~50050V左右，表現出優異的控制性能。
通過以上多種控制算法的仿真驗證，EasyGo實時仿真平臺展現了其在PSM高壓電源研發中的強大能力。該平臺不僅能夠幫助研究人員在虛擬環境中精準優化電源的拓撲結構、控制算法及系統保護策略，還能顯著縮短研發周期、降低研發成本，規避實物測試中可能出現的重大風險。隨著仿真技術的不斷發展，EasyGo半實物仿真平臺將繼續推動核聚變電源系統向更高精度、更強魯棒性的方向發展，為核聚變能源的實現提供堅實的技術支撐。
