RT-LAB中文使用手册

RT-LAB8.1版用户手册介绍1.1关于RT-LABRT-LAB是一个分布式实时平台，它能够在很短的时间内、以很低的花费，通过对进行工程仿真或者是对实物在回路的实时系统建立动态模型，使得工程系统的设计过程变的更加简单。他的可测量性使得开发者能够把计算机使用到任何需要他的地方；充分的灵活性使得它能够应用于昀复杂的仿真和控制问题，而不论是应用于实时硬件在回路还是快速模型，控制和测试中。为了达到理想的性能，RT-LAB为分布式网络下分立目标机对高度复杂的模型进行仿真、通过超低反应时间通讯，提供了丰富的工具。此外，RT-LAB的模型化设计使得用户仅仅提供应用所需的模型就能完成经济的系统、昀小化经济要求、并满足用户的价格目标。这在大量的嵌入式应用中尤其显得重要。1.2主要特征完全集成MATLAB/Simulink，以及MATRIXx/SystemBuild所有为RT-LAB准备的模型都能够在已有的动态系统模型环境中完成，通过使用这些工具，用户的经验也会相应的提高。分布式处理的专业化块设计，内部节点通讯以及信号I/ORT-LAB提供的工具能够方便的把系统模型分割成子系统，使得在目标机上能够并行处理（标准的PC上可以运行QNX实时操作系统，或者RedHawkLinux）。通过这种方法，如果你不能在单处理器上运行实时模型，RT-LAB提供多个处理器共享一个负载的方法来实现的。完全集成第三方建模环境以及用户代码库RT-LAB支持StateFlow，StateMate，CarSimRT，GT-PowerRT，AMESim，Dymola的模型，以及C，C++，FORTRAN的合法代码。丰富的API为开发自己的在线应用使用诸如LabVIEW、C、C＋＋、VisualBasic、TestStand、Pythonand3Dvirtualreality等工具可以轻松的创建定制的功能和自动测试界面。非定制技术RT-LAB是第一个完全可测量的仿真和控制包，使得你能够分割模型，并在标准PC，PC/104s或者SMP（对称式多处理器）组成的网络上并行运行。在大量市场需求的推动下，用户可以从快速进步的技术中受益，使用相对较低的花费。RT-LAB使用标准以太网和火线（IEEE1394）进行通讯,还包括ISA，PCI，PXI以及PCMCIA在内的大量数字的和模拟的I/O板卡。共享存储器、火线、信号线、无限带或者UDP/IP进程间通讯。在执行时间，RT-LAB为处理器间的通讯提供无缝支持，可以在目标机之间混合使用任何UDP/IP，共享存储器以及易得技术进行数据的低反应时间通讯。同样，你也可以使用TCP/IP和主站上的模型进行实时互动。为信号和参数的可视和控制而集成的接口。在RT-LAB的可视化界面和控制面板中，你可以动态的选择你所要跟踪的信号，实时修改任何模型信号或参数。支持广泛的I/O卡――所支持的设备超过100种。RT-LAB集成了Opal-RT的OP5000硬件接口设备，具有10亿分之一秒的精确定时和实时性能。RT-LAB同样支持诸如NI、Acromagm、Softing以及SBS等主流生产厂家所生产的板卡。RTOS（实时多任务操作系统）的选择：QNX,、RedHawkLinux,或Windows（为了软件的实时性）RT-LAB是唯一的实时仿真框架，它提供你选择两个高性能实时操作系统。RT-LAB支持QNX，由于它具有已证明过的对任务标准工程应用的追踪记录；同样也支持RedHawkLinux，它是当前流行的、源代码开放的Linux操作系统昀重要的实时版本,来自ConcurrentComputer公司。RT-LAB同样可以作为软件实时操作系统提供给Windows使用。昀优化的硬件实时调度程序——高性能、低抖动。在一个时间步内，系统不仅计算动态模型，而且它可以管理任务，如读写I/O、刷新系统时钟、传输数据以及处理通讯，这就限制了一桢内用于计算模型的时间量，从而限制了单处理器上计算模型的大小，RT-LAB在保证完成功能的情况下已经可以把这个减小到原硬件性能很小的百分比，因此提高了计算更加复杂模型的能力。高速XHP模式——多速率XHP模式——软件同步模式RT-LAB的XHP(超高性能)模式允许用户能够以非常快的速度在目标机上计算实时模型，这使得用户能够运行比分布式处理器更复杂的模型。有了数字、模拟I/O，运行时间周期可低于10微秒。RT-LAB的XHP模式能够将系统管理消耗大幅度削减到一微秒以下，使你能够充分利用系统性能来实时计算高度动态模型，这对那些对越来越复杂的系统进行仿真时需高保真度响应、要求高准确率的开发者来说，是一个解决问题的办法。即便是当信号在硬件在回路系统，也仅仅需要将系统开销增加到一百微秒时间桢，模型需要在主要时间步之间多次计算才能保证数据的准确性。到目前为止XHP模式，比其他任何实时系统都要优秀，尤其是在电子系统中，诸如驱动器控制及电力电子。1.3潜在客户、所需的知识和技能1.3.1MATLAB或MATRIXxMATLAB和MARTIXx是工程计算软件包，它们集成了编程、计算并且可视化。同时MATLAB和MATRIXx仿真和系统建模，这些软件包将在以下介绍。由于RT-LAB要与这些环境协同工作，你必须熟悉MATLAB的Simulink以及MATRIXx的建模这些方面知识。比如说，如果你打算从一个系统上采集数据并离线处理数据，那么你必须知道如何保存这些数据并且用MATLAB或者MATRIXx重新读取数据并把数据在软件支持的不同显示器上显示出来。1.3.2Simulink或SystemBuildSimulink和SystemBuild是能够建模、仿真和分析动态系统的一些软件包，你可以用图形化的方式描述模型，接着有一个基于模块库的精确格式，RT-LAB使用Simulink或SystemBuild来定义要在实时多处理系统上运行的模型，并定义它的仿真参数。因此期望用户对Simulink或Systembuild的操作有一定的认识理解，尤其是有关模型定义和模型变量仿真参数。如果你打算自己制作与能与RT-LAB兼容的模块，那么你应该了解如何为你的指令站和目标环境创造Simulink或者SystemBuild图标（S函数和UCBs）1.4本向导的组成RT-LAB的列表文件有以下几个组成部分：安装向导API参考向导用户向导本文档是用户向导。主题如下第一页简介：介绍了仿真和RT-LAB的运行原理。第七页用户接口：描述了所有的RT-LAB的用户接口。第四十九页建模：概述了RT-LAB，从Simulink或SystemBuild的方框图到RT-LAB的可以使用的分布式模型。第五十七页执行模块：描述了如何实时运行模块。第六十九页获取和观察数据：描述了优化仿真所需的相关概念，并对RT-LAB接收数据可能出现的问题提出了解决办法。第七十五页监视模型：描述了如何测量性能。1.5本文档的规定OPAL-RT向导使用如下约定：表一：通用的和印刷的约定约定含义黑体用户界面元件，文字必须严格按照所示键入注释强调或补充文字。你可以忽视注释信息并仍能玩成任务警告描述必须避免的行为或者以下是预期结果推荐描述一些你可能不会采取的行为，但你仍然能够完成任务编码编码斜体字参考工作名称蓝色文本对照（内部或外部）或者超文本链接1.6基本概念这节描述了RT-LAB的基础，提供了仿真过程的概览，从设计和确认模型，到使用方框图和I/O设备，来运行仿真和使用图形界面的控制台。1.6.1设计和确认模型任何仿真的起点都是被仿真对象的系统组成部分的数学模型。你通过分析对象系统并在动态仿真软件上运行对象系统来设计和确认模型。RT-LAB被设计来在实时多处理环境中，使离线动态仿真软件做的模型自动化运行，这些动态仿真软件如Simulink或者SystemBuild。RT-LAB是完全可升级的，使你能够把数学模型分割成块，以便于在计算机组上并行运行，而不改变模型的特性、引入实时脉冲干扰，或者产生死锁。1.6.2使用方框图使用方框图编程能够简化参数的进入，并确保被仿真系统文件的完整性和准确性。一旦模型被激活，你就可以把它分割成子系统并插入合适的通讯块，每一个子系统都会在RT-LAB分布式网络上的目标节点中运行。1.6.3使用I/O设备RT-LAB支持I/O设备的使用，以确保将外部物理元件集成为一个系统，这样就是人们所熟知的（HIL）硬件在回路配置，或者（RCP）快速控制原型，不论是电机还是控制器都可被分别仿真。对I/O设备的昀优化使用使得TR-LAB能够作为一个可编程的控制系统，并展现灵活的实时人机接口。I/O设备接口可以通过定制块来进行配置，只需要把块添加并连接到模型中，RT-LAB的自动码生成器将会把模型数据写入物理I/O卡中。1.6.4运行仿真一旦原始模型被分割成各个子系统，并与各种各样的处理器连接，模型的每一部分都会被自动生成C代码并编译，在目标节点上运行。目标节点可以是商用PCs，并配有PC兼容处理器，在Windows2000/XP，QNX或者RedhawkLinux环境中运行。1.6.5执行和操作模型参数当生成C代码和编译完成后，RT-LAB自动把计算量分配到目标节点，并提供接口。至此，你就可以运行仿真和操作模型参数。其结果是高性能仿真，能够并行实时运行。1.6.6使用控制台作为图形接口你可以在仿真的时候，通过控制台和RT-LAB互动，一个对指令站操作的命令终端。控制台和目标节点之间的通讯可以通过TCP/IP连接进行。这使得你能够保存模型上的任何信号，以便观测或者离线分析。同样，你可以使用控制台在仿真运行时修改模型参数。1.6.7与RT-LAB一起工作运行RT-LAB软件的硬件配置要包含如下部件：指令站节点编译目标节点I/O板卡在Windows2000/XP或者RedhawkLinux上运行RT-LAB软件的叫做指令站，作为你的界面，使你能够：编辑和修改模型观看模型数据在仿真软件（Simulink，Systembuild等）下运行原始模型分布编码控制模拟器的开始/停止顺序仿真能够完全在指令站上运行，但一般来说都在一个或多个目标节点上运行。对实时仿真来说，首选的操作系统是QNX或RedhawkLinux。当有多节点的时候，他们之一就会被设计为编译节点，通过通讯线路，控制台和目标机之间进行通讯，为了进行硬件在回路仿真，目标节点同样会通过I/O板卡和别的设备进行通讯。目标节点是实时处理和通讯的，计算机使用商用处理器。这些计算机能够具有一个实时通讯接口如火线，信号线，Infiniband，或cLAN(取决于你所选择的操作系统)以及I/O板卡以访问外部设备。实时目标节点完成：实时目标仿真运算；目标节点间、目标节点与I/O间实时通讯；I/O的接口系统；通过I/O模型获取模型的内部变量及外部输出；执行用户的在线参数修改；需要的话，可以在本地硬盘驱动器记录数据；监督模型仿真的执行和节点的通讯。节点的编辑是用来产生C代码的，任何目标节点都可以成为编译节点。RT-LAB支持多种模拟、数字、计时器I/O板卡，因此能够与外部应用设备连接，如HIL。用户接口本章介绍使用RT-LAB提供的面板，这些面板是：MetaController：主要的RT-LAB应用程序是在后台进行的。MainControlPanel：RT-LAB的主要界面，允许你编辑、编译、执行模型。RT-LABDisplayPanel：显示编译和运行信息。ProbeControlPanel：管理RT-LAB的参数获取。ParameterControlPanel：允许当仿真运行时更改参数。MonitoringViewerPanel：监视模型的运行。Snapshot：对模型状况进行快照并储存。SnapshotDecoderPanel：读取快照文件并把它转换成ASCII码。2.1MetaController2.1.1图标系统托盘2.1.1.1描述MetaController是RT-LAB主要的应用运行背景。系统启动时，该程序也就启动了。这个应用担当服务器，并要求打开一个新的模型