硬件在环dSPACE培训

dSPACE应用dSPACE应用与实例重庆大学机械传动国家重点实验室dSPACE应用dSPACE概述第一部分dSPACE应用•总部设在Paderborn•成立于1988年•仅Paderborn就有230多员工•超过70%的员工是技术人员BerlinPaderbornDüsseldorfMunich+FrankfurtSchwaitenkirchendSPACE公司•九州恒润是中国大陆的为一代理•硬件在回路仿真系统•超过70%的产品销往德国以外dSPACE应用dSPACE产品应用领域dSPACE目前广泛应用于：•航空航天：如开发飞行模拟器•电力电子：如电力输配电系统开发与测试•汽车：如ABS控制器的开发与测试•发动机：如发动机控制与发动机仿真•机器人：如机器人控制算法的研究•工业控制：电机控制、加工过程控制等•……dSPACE应用在当今社会，市场对产品的需求呈现多样性、快速性的趋势，控制器的开发面临着多样性需求和快速开发之间的矛盾；对控制系统鲁棒性和可靠性的要求也日趋增加，并行工程（即：设计、实现、测试和生产准备同时进行）被提上了日程。dSPACE为这些问题的解决创造了一个良好的环境，在开发过程中dSPACE为快速控制原型（RCP）和硬件在回路仿真（HILS）提供了统一的应用平台。在快速控制原型中dSPACE作为控制器与实验对象相连，通过Controldesk观察控制算法的性能，如果控制算法不理想，可以很快地进行反复修改设计，反复实验直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中dSPACE充当控制对象，模拟控制对象产生的信号，用来检验开发的控制算法正确性和可靠性。dSPACE应用dSPACE集成平台开发的初期：继承离线控制系统设计与仿真结果实时研究控制系统设计系统的时间特性实时地确定I/O采样时间测试软件中断、硬件中断研究中断优先级的影响为硬件设计提供参考依据开发的中后期：测试控制计算机的功能控制计算机是真实的测试控制系统的硬件接口传感器和部分执行部件是真实的dSPACE应用dSPACEV-Cycle开发流程快速控制原型目标代码生成硬件在回路仿真标定功能设计dSPACE应用dSPACE开发思路--集成开发环境分析,设计从概念设计到测试建模,仿真I/O库Build实现实时测试自动化测试监控,调节dSPACE应用dSPACE产品dSPACE产品dSPACE软件RTI（离线工具与实时工具的接口）ControlDesk（测试和实验软件工具）dSPACE硬件单板系统组件系统处理器板I/O接口板dSPACE应用dSPACE软件产品--RTIRTI的优点•完美的集成于Simulink•整体开发环境的核心•自动实现代码的生成和下载•无须手工编写代码•支持多处理器系统•在Simulink中对模型进行分割•指定处理器之间的通讯协议•保证数据传输的一致性•支持处理器间中断•指定硬件及软件中断•支持单采样频率和多采样频率•支持单任务模式和多任务模式RTWMATLABSimulinkStateflowRT-SoftwareRT-HardwareReal-TimeInterfacedSPACE应用dSPACE软件产品--RTIdSPACE应用dSPACE硬件产品--控制器板•开发目标:•通过单一板实施快速控制原型设计•填补DS1102和标准组件系统之间的空白•支持高性能处理器PowerPCPPC604e•内置综合I/O功能–8D/A–20A/D–32数字I/O–RS232/RS422–三相及单相PWM–CAN接口DS1103控制器板dSPACE应用dSPACE硬件产品--控制器板开发目标:•通过单一板实施快速控制原型设计•采用PCI总线结构•支持高性能处理器PowerPCPPC603e•32MByteSRAM•内置综合I/O功能8D/A;8A/D2增量编码器接口32数字I/ORS232/RS422三相及单相PWMDS1104控制器板dSPACE应用DS1005主处理器板强大的计算能力和I/O管理能力DS1005从处理器板dSPACE硬件产品--标准组件系统标准组件系统Processor板+I/O板A/D转换板D/A转换板定时/数字I/O板增量编码器接口板MIL-1553接口板其它I/O板RS232/422/485串行接口板PHSdSPACE应用dSPACE硬件产品--汽车内置系统dSPACE专门为汽车用户提供快速开发及测试系统MicroAutoBox•用于对汽车进行快速测试•价廉质优AutoBox•快速开发汽车控制系统•在产品型ECU制成前进行汽车内置试验•充足的可扩展I/OdSPACE应用利用dSPACE进行汽车控制器开发过程第二部分dSPACE应用部件需求功能设计系统分解系统确认功能测试部件集成部件设计HW/SW系统开发系统开发流程设计集成dSPACE应用dSPACE控制器V模式开发流程目标代码生成硬件在回路仿真标定快速控制原型功能设计dSPACE应用三个重要的概念软件在回路•控制器与控制对象的功能仿真原型控制器在回路仿真•原型控制器•控制对象硬件在回路•真实的ECU•虚拟仿真控制对象dSPACE应用当今的开发流程-V循环功能设计目标代码生成Hardware-in-the-LoopCalibration快速控制原型MATLAB/Simulink/Stateflow建模与仿真的平台，首先用于离线仿真把框图作为可执行的技术规范dSPACE应用MATLAB/Simulink工程计算的标准软件基于模型的控制器设计用Simulink对非线性动态系统仿真dSPACE应用Stateflow•事件驱动控制逻辑建模•用图形化方式创建有限状态机–状态及状态转移–事件定义（全局或局部）–动作语言–流程图•具有良好的分层设计结构•使用统一的数据结构维护•与Matlab/Simulink无缝结合•支持代码生成（StateflowCoder）dSPACE应用例：发动机控制–在Simulink中进行功能设计•标准的设计描述文件•仿真的基础•快速控制原型的基础•产品代码生成的基础•硬件在回路仿真的基础•控制单元开发人员的“可执行技术规范”dSPACE应用当今的开发流程-V循环快速控制原型目标代码生成Hardware-in-the-Loop标定功能设计dSPACE原型实验室与车载测试的可靠方案通过自动代码生成工具可以在几分钟内把框图变成实时的实验多种规格的硬件适用于不同的计算能力与I/O要求dSPACE应用从离线到实时打开离线模型去掉仿真的对象dSPACE应用从离线到实时打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中dSPACE应用从离线到实时生成代码自动下载到dSPACE实时的硬件打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中dSPACE应用离线到实时生成代码自动下载到dSPACE实时的硬件打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中开始交互式试验dSPACE应用生成I/O代码激活编译/连接器下载应用程序实时硬件Real-TimeInterface/实时接口Real-TimeInterface/实时接口自动生成实时接口程序:-代码生成-加入实时操作系统-下载应用程序生成数据表用于监视数据与参数调节dSPACE应用ControlDesk/实验控制台硬件管理•硬件配置•下载实验控制•开始,停止,...虚拟仪器•可视化的测量变量•可视化的模型参数•在线调参•数据获取参数编辑实验管理•收集实验数据dSPACE应用RCPdSPACE的优点:无缝的工具（即适用RCP又适用HIL）无缝的工具链dSPACE应用RCP的硬件组件系统单板系统ECU-原型硬件dSPACE应用dSPACE应用实例--控制器六自由度机器人定位控制对系统进行高精度控制，即使在低速情况下也同样有效(绝对和相对位置)马达信号传感器信号开关(操作,停止)增量编码器信号Matlab/SimulinkReal-TimeWorkshopMLIBMTRACEReal-TimeInterfaceCompilerControlDeskHOSTPCdSPACE用于伺服控制（RCP）dSPACE应用目标代码生成标定快速控制原型功能设计•TargetLink•从MATLAB/Simulink/Stateflow生成定点代码•可靠性、效率、可读性能与手工代码媲美•对于不同的控制器与编译器可选择不同的优化方法•自动定标（scaling）`当今的开发流程-V循环dSPACE应用Mathworks代码生成工具•Real-TimeWorkshop•StateflowCoder•Fixed-PointBlockset•Real-TimeWorkshopEmbeddedCoder•EmbeddedTargetforMPC555dSPACE应用无缝连接TargetLink原型硬件产品ECUMATLAB/Simulink/Stateflow实时代码生成工具Real-TimeWorkshopdSPACE应用当今的开发流程-V循环目标代码生成硬件在回路仿真标定RapidPrototyping快速控制原型功能设计dSPACE应用开发的任务实时硬件仿真模型I/OI/O传感器执行器信号调理故障仿真负载仿真电控单元软件控制诊断与标定.模型开发实时I/O信号采集实验定义dSPACE应用dSPACE应用实例--汽车dSPACE,Audi及Tesis联合运用HIL仿真方法测试ECUdSPACE应用•目标:减少尾气排放•利用旁通技术开发新的基于模型的ERG控制算法•无需更改ECU代码旁通技术实例:FiatEGR-功能开发dSPACE应用实例--汽车dSPACE应用dSPACE应用实例--电力机车•高性能应用•仿真步长=30us通过RTI-MP采用SIMULINK自动代码生成•84路高速I/O信号OriginalOn-BoardControlRackSimulatorControllerInverterRectifiermechanicalPowerLinepulsescurrentsAdtranz(ABBDaimlerBenz)：HIL模拟电力机车dSPACE应用dSPACE应用实例--电力机车•模块化,灵活的系统结构•可调整的I/O和操作电源•8个处理器•高速I/O•智能化系统•采用Simulink框图实现DSPDSPALPHASpeedASM1/2PWMInCurrentsPWMInCurrentsLinkPX20#2DSPDDSDACDACTime-StampLink2DSPALPHAPowerNetworkCurrentsDigitalI/ODigitalInVoltagesCurrentsDSPPX20#1DigitalI/ODACDACLinkTime-StampDigitalInTime-StampLink2Time-StampDSPAdtranz(ABBDaimlerBenz)：HIL模拟电力机车dSPACE应用MicroAutoBox应用第三部分dSPACE应用模拟信号采集、转换及输出dSPACE应用数模及模数转换•一般来说，外部被控对象的状态反映为电压信号的变化，这类信号属于模拟信号，计算机无法直接处理，计算机只能处理数字信号。•模数转换把模拟信号转换为可用计算机直接处理的数字信号，而数模转换刚好相反，把计算机处理的结果转换为模块信号，输出到外部设备。dSPACE中的模数及数模转换•MicroAutoBox为模数及数模转换提供了强大的软硬件支持，而且非常方便使用。•MicroAutoBox为模数转换提供了16路通道，为数模转换提供了8路通道。•在MicroAutoBox连接端口通道号请查阅相关的帮助文档。dSPACE应用使用dSPACE模数及数模转换步骤•建立软件模型•决定使用通道号•硬件连线•使用dSPACE的AD或DA模块代替软件模型中相应的信号宿或源•编译模型并下载到