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实时仿真工具
使用NI Single-Board RIO GPIC,您可以实现HIL仿真来减少现场测试以及原型开发的成本。您可以将系统的模型(状态空间模型或者JMAG有限元分析(FEA)软件模型)部署到一系列商业现成可用的实时目标上,例如NI CompactRIO和NI PXI。这些硬件目标都带有一个运行实时操作系统的嵌入式的处理器来以及一个用户可自定义的FPGA,这样您的代码执行就会拥有硬实时特性。使用低抖动的几百纳秒的仿真周期,您可以精确地仿真物理系统的I/O行为并且验证控制器的运行效果。
使用HIL测试,您可以并行地开发系统中的软件与硬件组件,从而减少整体的开发时间。例如,针对电动马达系统的开发,您可以同时开发电动马达硬件以及它的引擎控制单元,这样当您的马达设计完成的时候,嵌入式软件中主要的问题也已经得到了解决。
图17. 使用NI cRIO-9082作为HIL仿真器
常见的电动马达的控制信号工作于20kHz到25kHz的频率范围。为了精确地仿真电动马达,其模型的时间步长必须至少小于控制信号周期的十分之一。这就意味着电动马达模型仿真器的运行周期频率至少要达到200kHz,这个频率已经大大高于了传统HIL系统的运行频率。图18展示了高仿真周期频率的的重要性。
图18. 不同周期频率下的电动马达HIL仿真结果
FPGA的特点使它极其适用于高速、实时的应用。所有基于FPGA的处理都可以独立地与系统CPU同时执行。此特点可以帮助您实现极低的延时以及高速的信号处理,从而精确地仿真物理I/O行为。
使用FPGA技术,您可以调整并提高控制器的设计效率,这样就可以导入待测单元(UUT)的非线性FEA模型来进行高逼真度的HIL仿真。该功能由NI VeriStand软件的JMAG-RT插件提供。
图19. 电动马达HIL仿真
使用JMAG仿真软件和JMAG-RT插件,您可以生成一个.RTT文件来创建实时运行的FPGA特性。JMAG-RT插件会生成一个查找表,这个查找表包含了您的待测单元(在这里,就是一个马达)的相关参数。这些参数可以用来对您的设备进行全面的检定并准确地捕捉其非线性行为。
图20. 实现在FPGA上的FEA模型
一旦查找表生成以后,模型转换函数会读取.RTT文件和查找表,并将数据发送到NI RIO FPGA模块上,在这里,数据将会被转换为定点数据类型并且装载到板载的DRAM中。一旦查找表装载入DRAM,系统就会根据当前的模型状态不断地从查找表中提取对应的数据来生成与该待测单元相关的非线性行为。美国国家仪器(NI)供稿
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