构建基于XPC目标的实时仿真测试系统
小波信号处理的xPC实时仿真系统设计
小波信号处理的xPC实时仿真系统设计胡江峰;何浩;张龙;翟二宁;李娟【摘要】针对某随动稳定系统在调试过程中出现的失稳现象,设计了xPC环境下的CAN总线驱动模块,构建了基于xPC的实时仿真系统.对随动稳定系统的陀螺输出信号进行实时测试和记录.针对实测陀螺信号的非平稳特性,使用S函数完成小波去噪算法建模,设计了实时仿真控制系统的Simulink模型,对实测陀螺信号进行了实时小波去噪仿真分析.工程实践表明,实时小波算法对陀螺速率信号具有良好的去噪效果,该方法对随动稳定系统的调试和设计起到重要作用.【期刊名称】《火炮发射与控制学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P54-57)【关键词】xPC;S函数;陀螺信号;实时小波去噪【作者】胡江峰;何浩;张龙;翟二宁;李娟【作者单位】西北机电工程研究所,陕西咸阳 712099;西北机电工程研究所,陕西咸阳 712099;西北机电工程研究所,陕西咸阳 712099;西北机电工程研究所,陕西咸阳712099;西北机电工程研究所,陕西咸阳 712099【正文语种】中文【中图分类】TJ302xPC目标环境具有低成本、可快速开发、具有MATLAB接口等优点，使用xPC环境构建实时仿真系统具有很高的应用价值。
小波变换是一种可达到时间域或频率域局部化的时频分析方法，使用小波变换进行滤波和去噪已成为信号处理领域的一个重要研究方向。
1 仿真系统设计1.1 系统组成基于xPC的实时仿真系统使用宿主机上的MATLAB/Simulink构建系统仿真模型，使用RTW和VC++对仿真模型编译链接，再通过以太网将编译生成的实时系统模型加载到目标机上，目标机上的实时仿真模型与实测控制系统构成半实物仿真系统，可以对Simulink模型的功能和性能进行快速仿真验证。
使用xPC构建的实时仿真系统组成如图1所示[1-2]。
该仿真系统测试控制对象是某随动稳定系统，即由液浮陀螺输出的单通道速率信号。
基于xPC目标的抽水蓄能机组调速器实时仿真技术
基于xPC目标的抽水蓄能机组调速器实时仿真技术魏 伟1 秦卫潮1 蔡晓峰2 蔡卫江2 张新龙2 姜达军2国网新源安徽响水涧抽水蓄能有限公司1 国网电力科学研究院2[摘 要] 本文提出了以Simulink模型为基础，借助工具箱Real-Time Workshop和xPC Target构建抽水蓄能机组调节系统实时仿真系统的方法；以研华工控机和NI板卡为硬件构造出抽水蓄能机组实时仿真模型。
对Real-Time Workshop的体系结构和xPC目标构建过程中的关键点进行描述。
该实时仿真系统建模方便、自动生成高效仿真程序、调整参数灵活，可作为抽水蓄能调速器研究开发阶段的试验平台，以及实验验收阶段动态特性测试系统。
[关键词] xPC RTW 抽水蓄能 实时仿真模型1 引言调速器是抽水蓄能机组的重要控制设备，其调节品质的好坏直接影响着电网供电的质量和机组的安全可靠运行。
因此，无论是安装时还是大修后都要对其性能进行全面的测试，但常规的调速器测试手段不能使新产品在实验室开发阶段做到边开发边测试，检验调速器的动态性能等。
目前，调速器的动态性能测试只能在模型机组或电站的实际机组上进行，但经常会受现场条件限制，不能对调速器控制性能做出全面地评价。
目前各种新型控制规律如自适应控制、模糊控制等取得了不少理论研究成果，也有了初步的实际应用，但这些控制规律要能普遍地应用到实际，还需要进行大量的中间试验。
若是将这些新型控制规律直接现场试验，由于控制规律不完善或软件缺陷将会导致调速控制失败，引起重大事故的发生。
因此，根据电站实际情况进行机组实时仿真来完善调速器的软件或验证新型控制规律是解决这一问题很好的途径。
现阶段调速器仿真测试系统大多采用传统仿真技术，需要手工编制实时仿真程序，这样不仅编程工作量大、繁琐费时，而且软件可重复使用性差、可靠性较低，出现问题后很难确定是调速器的问题还是仿真程序自身的问题。
本文通过计算机仿真手段构建出半物理的抽水蓄能机组调速系统仿真模型，利用MATLAB的实时工作间（RTW），自动将模型生成实时仿真代码，接入的实物控制器在该半物理仿真系统中实时运行，以测试控制器的性能指标，调整系统参数或完善控制规律等。
VMIC和xPC下的分布式实时仿真与测试系统设计
VMIC和xPC下的分布式实时仿真与测试系统设计黄誉;王新民;姚从潮【摘要】提出了一种基于反射内存网和xPC的分布式半物理实时仿真与测试系统；采用xPC建立实时环境，通过反射内存卡组成实时网络，由 AD、DA、DI/O、RS422等板卡组成信号采集与处理系统，来实现控制系统的快速原型化和硬件在回路仿真与测试；详细介绍了系统的功能及分布式布局设计，测试系统设计，xPC 环境下S-Function的编写、PCI总线的基本概念以及 xPC 环境下编写驱动的关键问题，在此基础上实现了测试系统板卡在xPC环境下的驱动开发；最终实现了半物理仿真与测试系统的集成；仿真结果表明，板卡都能稳定工作，系统通讯稳定，数据误差小，具有较强的开放性和参考性。
%A distributed real-time simulation and test system based on VMIC network and xPC is developed.xPC and VMIC are used to build a real-time environment and network,signal acquisition and processing system is composed of theAD,DA,DI/O,RS422and other cards,for rapid prototyping of a control system and hardware simulation and testing in the circuit.Recounting the function of the sys-tem and the distributed layout,the design of test system,preparation of S-Function,the basic concepts of PCI bus,and thekey issues of writing driven in xPC environment,according to these theory,achived the driver design for the boards of the test system in the xPC environ-ment.Ultimately a semi-physical simulation and test system is integrated.The results show that,the boards can perform stability,stable communications,data error is small,the method has strong portability,the high expansibility,openness and reference.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P45-47,56)【关键词】仿真与测试系统;反射内存网;xPC;驱动开发;分布式【作者】黄誉;王新民;姚从潮【作者单位】西北工业大学自动化学院，西安710129;西北工业大学自动化学院，西安 710129;西北工业大学自动化学院，西安 710129【正文语种】中文【中图分类】TP311.10 引言半物理仿真又称硬件在回路仿真对于系统的设计和控制律验证是必不可少的。
采用xPC Target技术的半实物仿真系统的设计
采用xPC Target技术的半实物仿真系统的设计引言由于压电陶瓷执行器（Piezoelectric Actuator,PZT）具有定位精度高、带宽大、响应时间快等优点，所以被广泛地应用于如超精密加工、半导体光刻等领域的精密定位系统中。
但是随着工业化生产对产率要求的不断提高，在满足定位精度要求的同时，对定位速度提出了越来越严格的要求。
如何实现快速而精确的定位控制，如何准确评价控制算法的性能显得尤为重要。
对于PZT定位精度控制的研究主要集中于逆模型的建立，无论是基于现象的Preisach模型，还是具有明确函数表达式的Duhem模型，都可以有效补偿迟滞与蠕变效应带来影响，获得高精度的定位控制。
对于定位速度控制的研究，无论是动态性能更好的压电器件的使用，还是点到点运动控制算法的优化与应用，都取得了高速度的定位控制。
基于现有的PZT,三阶轨迹规划方法可以获得高精度、高速度的控制效果。
由于三阶轨迹规划算法离散化迭代计算的时间因子为控制系统的单位伺服周期，而以往的非实时计算平台，无法提供分辨率足够小的伺服周期，也就无法保证在算法开发验证阶段对其性能进行评价的准确性。
xPC Target采用主机与目标机结合的方式，目标机运行的实时内核可以在足够短的时间内计算控制算法的仿真模型，为三阶轨迹规划算法的实时执行及性能评价提供了有效的途径。
本文建立基于xPC Target 的PZT微动控制半实物仿真平台，对PZT的微动控制算法进行研究与验证，以获得高精度、高速度的PZT微动控制。
1 系统硬件设计PZT 微动控制半实物仿真系统硬件结构如图1 所示，整个系统硬件结构由以下几个部分组成：处于用户层的宿主机、处于中间层的xPC Target目标机和处于执行器层的PZT 驱动/控制系统。
其中，宿主机采用PC机，运行Matlab/Simulink/RTW 环境，控制算法的Simu-link模型在此环境上开发设计、编译及下载到目标机中执行；仿真过程中由目标机运行xPC Target实时内核以及控制算法，目标机采用ADV ANTECH 公司的PWS-1409TP便。
构建基于XPC目标的实时仿真测试系统
万方数据可通过局域网、Ｉｎｔｅｍｅｔ进行连接；（２）支持任何台式Ｐｃ机、ＰＣ／１０４、ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ、工业ＰＣ或ＳＢＣ（单板机）作为实时目标系统；（３）依靠处理器的高性能水平，采样率可达到１００ｋＨｚ；（４）扩展了Ｌ／０驱动设备库，现已支持超过１５０种标准Ｌ／Ｏ板；（５）可以得到来自主机或目标机的信号，也可以动态调整参数；（６）在宿主机和目标机上都可进行交互式的数据可视化和信号跟踪；（７）使用ｘＰｃＴａｒｇｅｔＥｍｂｅｄｄｅｄＯｐｔｉｏｎ能针对独立操作进行系统配置．图１ＸＰＣ目标双机模式３系统的硬件连接在ｘＰｃ目标的半实物仿真中，主要通过数据采集卡来实现计算机和外部设备的连接，既需要通过数据采集卡的Ａ／Ｄ接口从外部模拟设备采集数据送到目标机，也需要通过Ｄ／Ａ接口将目标机的计算结果送往外部模拟设备．３．１采用ＸＰＣ目标提供的Ｉ／Ｏ设备ｘＰｃ目标提供了支持超过１５０种标准工／ｏ板的Ｉ／０驱动设备库．ｘＰｃ目标所提供的Ｄ／Ａ、Ａ／Ｄ、ＤＩ、Ｄ０等模板，它实际上是为不同的板卡提供不同的驱动程序．在应用中，将所用到的Ｌ／ｏ设备对应的模板拖人模型中，进行采集卡的参数设置（如通道数、电压范围、采样时间、基地址等），并在实际仿真测试系统中接入相应板卡．在编译模型文件时，其中的板卡的信息就会被编译为可执行代码，下载到目标机上后，目标就通过数据采集卡和外部设备建立了联系，构成实时仿真测试回路．在仿真过程中可以从这些板上输入输出数据，以进行半实物仿真．本文目标机安装的是研华公司（Ａｄｖａｎｔｅｃｈ）的ＰＣＬ一７１１Ｂ和ＰＣＬ一７２８数据采集卡．水利水电技术第３６卷２００５年第１期张江滨，等∥构建基于ｘＰＣ目标的实时仿真测试系统３．２采用其他Ｉ／Ｏ设备如果没有采用ｘＰＣ目标提供的Ｌ／０设备，则需自己编写设备驱动程序，这时可参考ｘｐｃｂｌｏｃｋｓ文件夹下的各种设备驱动程序模块的源代码来编写程序，并存为ｆｉｌｅｎａｍｅ．ｃ，然后在ＭＡＴＬＡＢ命令窗口输入命令：ｍｅｘ￡１ｅｎａｍｅ．ｃ，ＭＡＴＬＡＢ自动调用编译器生成ｍｅｘ动态连接库文件ｆｉｌｅｎａｍｅ．ｄｌｌ，并将其设置到ＭＡＴＬＡＢ的搜索路径中，最后将文件封装成一个ｓ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ模块，进行参数设置即可．４目标启动盘的制作目标机必须通过特制的软盘启动才能调用和运行ＸＰＣ目标的实时内核．在安装了ｘＰＣ目标软件和网络通信硬件后，就可以设置宿主机和目标机的环境属性，进行目标启动盘的制作．本文的宿主机和目标机都安装了网卡，中问通过Ｈｕｂ连接．将软盘插入宿主机的软驱，在ＭＡＴＬＡＢ命令行输入ｘｐｃｓｅｔｕｐ，出现ｘＰｃＴａｒ－ｇｅｔｓｅｔｕｐ对话框，就可以进行宿主机和目标机环境属性设置．最后单击ＢｏｏｔＤｉｓｋ按钮，就可完成目标启动盘的制作．５仿真模型的构建根据实际测试要求可在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境中方便地构建模型．本文以发电机励磁测试系统为例，用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ提供的发电机和负荷模型代替现实中复杂的电力系统，忽略调速器，以一常数代替．在ｘＰｃＴａｒｇｅ∥ＢｌｏｃｋＬｉｂｒａｒｙ的Ａ／Ｄ库中拖动研华公司（Ａｄｖａｎｔｅｃｈ）的ＰＣＬ．７１１Ｂ（在目标机上已经安装了ＰＣＬ一７１１Ｂ数据采集卡）作为励磁电压的数字输入通道，采用ＰｃＬ＿７２８作为发电机Ａ相电压的模拟输出通道．这样通过数据采集卡就可以很方便地与实际的励磁控制器结合起来，进行控制器的闭环实时仿真测试．因为ＰＣＬ－７２８的Ｄ／Ａ输出范围为一５～＋５Ｖ，为了使Ａ相电压在这一范围完整地输出，可在电压测量元件输出端口加适当的比例环节．同时，如果要测量其他参数，可在发电机ｍ—ｐｕ端口加入测量模块ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＤｅｍｕｘ，可对发电机的三相电流、角速度、输出功率等参数进行观察．ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型如图２所示．６ｘＰＣ目标应用程序的创建和下载６．１仿真参数的设置在ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型中，仿真和实时运行参数都可在ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＰａｍｍｅｔｅｒｓ对话框中设置，主要包括Ｓ０１ｖｅｒ、ｗｏｒｋｓｐａｃｅＬ／Ｏ、Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ、Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅｗｏｒｋｓｈ叩等４７１ 万方数据张江滨，等∥构建基于ｘＰｃ目标的实时仿真测试系统电压测量图２Ｓｉｍｕ¨ｎｋ模型负荷２ｌ：８００ｋｗｌＬ二］负荷１１８００ｋｗ４００ｋｖａｒ个下拉菜单的参数设置．６．２创建和下载ＸＰＣ目标应用程序仿真参数设置完毕后，同时通过启动盘启动目标机的实时内核，在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ窗口中选择Ｔ００１ｓ＼Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅｗｏｒｋｓｈｏｐ＼ＢｕｉｌｄＭｏｄｅｌ命令，就可对ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型进行编译、链接生成可执行的目标应用程序，并将其下载到目标机．７在实时仿真测试系统中运行ｘＰＣ目标应用程序７．１信号输入、输出信号的输入、输出通过采集卡的Ｌ／０通道实现．在ＰｃＬ＿７１１Ｂ数据采集卡的Ａ／Ｄ通道接人励磁电压作为输入信号，ＰＣＬ．７２８的Ｄ／Ａ通道输出发电机Ａ相电压．数据采集卡的Ｄ／Ｉ、Ｄ／Ｏ可为数字量提供输入输出，然后运行ｘＰＣ目标应用程序．７．２信号跟踪（１）使用ｘｐｃｓｃｏｐｅ进行信号跟踪．当ｘＰＣ目标应用程序下载到目标机后，在Ｍａｔｌａｂ命令行输入ｘｐｃ－ｓｃｏｐｅ，在宿主机上出现管理器窗口（Ｍａｎａｇｅｒ），根据需要可决定示波器的个数和选择要跟踪的信号，这样就可进行多示波器窗口和多信号的跟踪显示．如图３所示为某一仿真时间段信号跟踪波形，图３中水平线为ＰＣＬ．７１ｌＢ数据采集卡励磁电压输入信号，曲线为ＰｃＬ．７２８数据采集卡输出发电机Ａ相电压信号．图中横坐标为仿真时间￡，纵坐标为电压ｕ．（ａ）励磁电压力Ｏ５Ｖ时（ｂ）励磁电压为１Ｖ时图３不同励磁电压下发电机Ａ相电压跟踪波形（２）使用ｘｐｃｔｇｓｃｏｐｅ进行信号跟踪．在ＭＡＴ·ＬＡＢ命令行输入ｘｐｃｔｇｓｃｏｐｅ，在目标机的监视器上出现示波器窗口同样可进行多示波器窗口和多信号的跟踪．（３）使用ＭＡＴＬＡＢ命令进行信号跟踪．使用ｘＰｃ目标提供的函数生成目标ｓｃ叩ｅ对象，对信号进行选择和观察．７．３ＸＰＣ目标应用程序的参数调整（１）使用ＭＡＴＬＡＢ命令进行参数调节．可使用ＭＡＴＬＡＢ函数来改变模块的参数，不需重新创建模型的目标应用程序，就可改变程序的参数．（２）使用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ外部模式在线调节参数．使用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ外部模式下，在ｓｉｍｕｌｉｎｋ外部模块图的任何位置改变参数，ｓｉｍｕｌｉｎｋ都将改变后的参数自动下载到正在运行的目标应用程序中．根据信号跟踪波形可随意改变模型参数检验励磁控制器的调节效果，也可实时地测试控制器的控制算法，参数设计，直至得到满意效果．如图３为不同励磁电压的信号跟踪波形图．７．４数据存储在环境下，进行信号跟踪的同时也可对所跟踪信号实现数据存储，供以后分析处理．在ｘｐｃｓｃｏｐｅ中选择要跟踪的信号，然后单击Ｅｘｐｏｒｔ选项，这时在ＭＡＴＬＡＢ的ＷＯＲＫＳＰＡＣＥ中就会自动生成ＭＡＴ文件．这里可记录任意时间段的任意个（如５００）信号数据，这样就可很方便地对测试结果进行分析、处理．７．５数据分析在测试中所采集的实时数据是分析的依据，利用ＭＡＴＬＡＢ提供的图形编辑模块ＧｕＩ，按照测试要求很容易编写友好的用户界面，并根据ＭＡＴ数据文件绘制试验曲线、打印报表等，进行数据分析．试验测得的数据可以通过各个试验模块进行分析处理．８结语本文详细介绍了基于ｘＰＣ目标构建实时仿真测试系统的方法．利用ｘＰＣ目标提供的Ｌ／０驱动设备库，很容易与硬件结合起来，使用标准的ＰＣ硬件和现成的Ｌ／Ｏ接口板，ｘＰｃ目标提供了一个构建理想的低价高效的半实物仿真测试系统的途径．这种设计方法使得系统设计者充分利用了Ｓｉｍｕｌｉｎｋ提供的工具箱和函数库，进行数学建模，然后通过ＲＴｗ将Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块图自动转换为对应的ｃ代码，并下载到目标机．这样，用户在设计阶段可以在硬件布置、编写产品控制软（下转第７６页）水利水电技术第３６卷２００５年第１期 万方数据 万方数据构建基于XPC目标的实时仿真测试系统作者：张江滨， 姚辉， 杨晓萍， ZHANG Jiang-bin， YAO Hui， YANG Xiao-ping作者单位：西安理工大学,水利水电学院,陕西,西安,710048刊名：水利水电技术英文刊名：WATER RESOURCES AND HYDROPOWER ENGINEERING年，卷(期)：2005,36(1)被引用次数：7次1.杨涤;杨旭;李立涛系统实时仿真开发环境与应用 20022.李兴玮;叶磊基于MATLAB/XPC Target构建实时仿真系统[期刊论文]-计算机仿真 2003(08)3.樊晓丹;孙应飞;李衍达一种基于RTW的实时控制系统快速开发方法[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版）2003(07)4.吴天明;谢小竹;彭彬Matlab电力系统设计与分析 20045.吴剑;孙秀霞采用MATLAB中的XPC Target对硬件进行操作[期刊论文]-现代电子技术 2002(04)6.杨冠城电力系统自动装置原理 19951.王爽心.王玎婷.杨辉.刘国栋.Wang Shuangxin.Wang Dingting.Yang Hui.Liu Guodong基于xPC目标的液压疲劳控制系统半实物实时仿真[期刊论文]-仪器仪表学报2006,27(z1)2.谢晗.吴光强.邱绪云.XIE HAN.WU GUANGQIANG.QIU XUYUN基于xPC目标的实时仿真技术及实现[期刊论文]-微计算机信息2006,22(34)3.吴剑.孙秀霞采用MATLAB中的xPC Target对硬件进行操作[期刊论文]-现代电子技术2002(4)4.刘欢.张毅.LIU Huan.ZHANG Yi基于xPC Target的机械臂控制系统开发[期刊论文]-自动化与仪表2008,23(5)5.江绍明.毕效辉.JIANG Shao-ming.BI Xiao-hui采用U盘制作xPC目标启动盘[期刊论文]-自动化与仪表2008,23(6)6.宋天佳.陈劭.苗立东.孙逊.SONG Tian-jia.CHEN Shao.MIAO Li-dong.SUN Xun xPC目标在EPS试验台电机控制中的应用[期刊论文]-工程设计学报2009,16(6)7.翟坤.杨涤.刘振刚.曲溪.Zhai Kun.YANG Di.LIU Zhen-gang.QU Xi采用xPC实现转台的位置伺服系统[期刊论文]-系统工程与电子技术2005,27(4)8.赵斌.周军.卢晓东.Zhao Bin.Zhou Jun.Lu Xiaodong基于xPC Target的飞行器半实物仿真系统研究[期刊论文]-计算机测量与控制2011,19(3)9.苗立东.Miao Lidong xPC目标机的启动方法研究[期刊论文]-计算机应用与软件2009,26(6)10.李中健.杜娟.Li Zhongjian.Du Juan xPC驱动程序开发及在无人机仿真中的应用[期刊论文]-计算机测量与控制2009,17(3)1.韩加蓬.刘小莉基于xPC的TPMS数据采集系统的设计[期刊论文]-微计算机信息 2007(23)2.王爽心.王玎婷.杨辉.刘国栋基于xPC目标的液压疲劳控制系统半实物实时仿真[期刊论文]-仪器仪表学报2006(z1)3.刘小莉.韩加蓬MATLAB/xPC环境下数据采集系统的设计[期刊论文]-山东理工大学学报（自然科学版） 2007(4)4.时亚忠.王旭永.张红伟采用C MEX S函数编写xPC环境下设备驱动模块的研究[期刊论文]-测控技术 2006(7)5.丁荣军快速控制原型技术的发展现状[期刊论文]-机车电传动 2009(4)6.左鹏峰基于MATLAB环境的末制导炮弹制导系统半实物仿真[学位论文]硕士 20067.姜春宇中压共轨柴油机气门正时电控系统的设计[学位论文]硕士 2006本文链接：/Periodical_slsdjs200501020.aspx。
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基于xPC和CVI的实时仿真系统设计实现陈怀民;赵会超【摘要】The real-time simulation system developed on xPC platform depends on MATLAB commonly, and it affects its application in engineering. Aiming at this problem, a method of designing simulation system based on xPC Target and LabWindows/CVI is presented. Simulation systems designed in this method, not only realize independent host PC programs, but also can take full advantages of professional virtual instrument provided by LabWindows/CVI to develop the main console simulation software. Simulation proves that the system can achieve real-time simulations with sample time lms,data updating cycle lms and display updating cycle 10ms. The simulation system has a friendly interface, high real time property and operates easily, which provides beneficial reference for the real-time simulation system on xPC platform in practical engineering application.%针对在xPC平台下开发的实时仿真系统依赖于MATLAB环境，影响其在工程实践中推广应用的问题，提出了一种基于xPCTarget和LabWindows／CVI的实时仿真系统设计方法。
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基于xPC的光电平台系统半实物实时仿真黄显林;鲍文亮;卢鸿谦;李明明【摘要】为了便捷高效地设计和调试光电平台系统的稳定、跟踪控制算法,基于Matlab的xPC Target环境设计开发了半实物实时仿真系统.阐述了系统的总体设计方案,给出了系统软、硬件实现方法.通过半实物仿真,完成了平台的模型结构参数辨识,设计并测试了比例积分控制器、校正控制器和μ综合控制器.对半实物仿真系统进行摇摆实验以评估所设计的控制系统的视轴稳定精度.实验结果显示,校正控制器因其在低频段具有更高的增益从而使系统获得了最高的稳定精度,通过实验结果可有效地选择出扰动抑制特性最优的控制器设计.%In order to design and debug the stabilizing and tracking control arithmetic of an electro-optical platform system conveniently and efficiently, a hardware-in-the-loop simulation system was designed and implemented based on Matlab xPC target environment. The overall design of the system was presented, and the implementation of software and hardware was described. Through hardware-in-the-loop simulation, the model structure and parameter of the plant were identified, furthermore, proportional integral controller, correction controller, and μ synthesis controll er were designed and tested. Vibration experiments were carried out for every control system designed to evaluate the line-of-sight stabilization accuracy. Experimental results show that the correction controller, which has the maxium gain value in the low frequency band, makes the system achieve the highest stabilization accuracy. According to experimental results, the controller which has optimal disturbance attenuation is selected.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)001【总页数】7页(P19-25)【关键词】光电平台;惯性稳定;xPC目标;半实物仿真;μ综合【作者】黄显林;鲍文亮;卢鸿谦;李明明【作者单位】哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,哈尔滨黑龙江150001;哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,哈尔滨黑龙江150001;哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,哈尔滨黑龙江150001;哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心,哈尔滨黑龙江150001【正文语种】中文【中图分类】TN209;TP275引言光电稳定跟踪平台是近年来发展迅速的一种新型实时图像侦察设备，其主要功能是隔离载体的运动使平台承载的光学传感器能够获得目标或目标区域稳定清晰的图像［1－2］。
构建基于XPC目标的实时仿真测试系统
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【摘要】利用MATLAB提供的Simulink、RTW(Real-Time Workshop)、XPC Target等工具箱及I/O硬件,可以很容易实现数学模型的建立、可执行程序的生成、宿主机-目标机的通信连接以及与外部实物的数据交换,构成基于双机模式的实时仿真测试系统,进行半实物仿真,来实现控制系统的快速原型化、硬件在回路中的测试、控制器的算法选择和参数优化、信号波形的跟踪显示等功能.文中详细介绍了如何
基于XPC Target环境构建实时仿真测试系统.
【总页数】4页(P70-72,76)
【作者】张江滨;姚辉;杨晓萍
【作者单位】西安理工大学,水利水电学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,水利水电学院,陕西,西安,710048;西安理工大学,水利水电学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
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基于xPC的小卫星半物理仿真验证平台
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【总页数】5页(P6444-6448)
【作者】杨正贤;孔宪仁;王继河;邱文勋;王峰
【作者单位】哈尔滨工业大学卫星技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V422
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基于xPC的实时数字测试系统设计
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胡江峰;吴小役;赵哲;范继
【期刊名称】《测控技术》
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【摘要】使用基于xPC的实时仿真平台进行系统设计、仿真通常需要制作启动软盘来启动目标机,不能很好地兼容较新的计算机设备.利用xPC扩展的嵌入式启动功能,结合Windows虚拟软驱功能,使目标机在宿主机和目标机都不需要软盘支持的条件下启动.在Simulink模型中,使用S函数扩展功能开发CAN通信卡的驱动模块,实现了数字信息的自发自收功能测试.最后使用该仿真平台在StandAlone启动模式下完成了某火炮驱动控制系统实测数据的采集,结果表明该仿真平台实时性能良好,具有很广阔的工程应用价值.
【总页数】4页(P39-42)
【作者】胡江峰;吴小役;赵哲;范继
【作者单位】西北机电工程研究所,陕西,咸阳,712099;西北机电工程研究所,陕西,咸阳,712099;西北机电工程研究所,陕西,咸阳,712099;西北机电工程研究所,陕西,咸阳,712099
【正文语种】中文
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N022基于xPC目标的虚拟合并单元的构建
基于xPC实时目标的虚拟合并单元的构建冯善强，梁 军（山东大学电气工程学院，山东 济南 250061）摘要：电子式互感器的应用对提高电力系统尤其是继电保护的可靠性具有重要的意义，其与保护测量装置接口的合并单元具有重要的研究意义。
本文介绍了合并单元及其功能，分析了合并单元利用以太网发送数据帧的格式和内容，基于MATLAB xPC实时目标构建了虚拟合并单元。
该虚拟合并单元可以仿真变电站多种故障，并实时输出采样值报文，经测试具有良好的稳定性和灵活性，为数字化保护测控设备提供了方便、灵活的测试环境。
关键词：数字化变电站；IEC61850；合并单元；xPC目标；数据帧0 引言随着计算机技术、网络通信技术的发展，IEC 61850标准的颁布实施，以及非常规互感器和智能断路器的应用，在变电站自动化领域正发生着常规变电站向数字化变电站的深刻变革[2]。
数字化变电站的结构体系和通信方式较常规变电站均发生了较大变化。
按照IEC61850标准，数字化变电站的一、二次设备分为3层，即站控层、间隔层和过程层，相邻层设备之间采用以太网通信模式。
其中，电气量和开关信号的传输方式均发生了根本性的变化。
在传统变电站中，互感器、断路器与保护、测控设备之间采用二次电缆的连接方式，传输的是模拟量；而在数字化变电站中，非常规互感器通过合并单元向网络发送采样值报文，保护、测控设备通过以太网接收采样值报文，跳闸信号则采用GOOSE报文传输，传输的均是数字量。
合并单元作为联络过程层和间隔层的枢纽，成为数字化变电站的关键设备。
因此，对合并单元的研究具有重要意义。
数字化的保护测控设备均采用了网络接口，因此在研制、调试过程中必需接收合并单元的信号，特别是三绕组变压器保护装置需要接入三路合并单元信号，如果采用物理装置必将增大成本。
为此，基于MATLAB xPC实时目标在普通的PC机上构建了虚拟合并单元，实现了向保护、测控装置实时发送采样值报文，为装置的研发提供了方便、灵活的调试环境。
基于MATLAB_xPC+Target+的蓄能机组实时仿真测试系统
1基于MATLAB_xPC Target 的蓄能机组实时仿真测试系统姜达军 朱晓东（国网电力科学研究院，江苏省南京市 210003）摘要：利用MATLAB 提供的Simulink 、RTW 和xPC Target 等工具箱建立了抽水蓄能机组的实时仿真模型，并通过输入输出接口电路将实时仿真模型与实际抽水蓄能调速器相连接，构成半物理实时仿真系统。
利用某电站蓄能机组参数对该系统进行了测试验证。
结果表明，该实时仿真系统建模方便、自动生成高效仿真程序、调整参数灵活，试验曲线与原型机试验吻合度高，可作为调速器开发设计阶段的试验平台，以及试验验收阶段动态特性测试系统。
关键词：抽水蓄能 xPC Target 仿真0 引言调速器是抽水蓄能机组的重要控制设备，其调节品质的好坏直接影响着电网供电的质量和机组的安全可靠运行。
因此，无论是安装时还是大修后都要对其性能进行全面的测试。
目前，调速器的动态性能测试只能在模型机组或电站的实际机组上进行[1]，但经常会受现场条件限制，不能对调速器控制性能作出全面评价。
因此，根据电站实际情况进行机组实时仿真来完善调速器的软件或验证新型控制规律是解决这一问题很好的途径[2]。
传统实时仿真程序由于其编程、调试复杂，通用性差、缺乏图形输出等局限性，已不适应现代快速开发的要求。
基于MATLAB/xPC Target 的实时仿真系统具有建模方便、自动生成高效仿真程序、调整参数灵活等优点，在此基础上建立的蓄能机组实时仿真装置能够为调速器的设计提供一个高效、便利的实验平台，能够缩短研制周期、提高质量并减小投资。
1 仿真系统各部分模型抽水蓄能机组调节系统由调速器和调节对象组成，调速器由调节器和电液随动系统2部分组成，调节对象包括有压过水系统、可逆式水轮机、电动发电机和负荷。
抽水蓄能机组调节系统的性能不仅取决于调速器，还与调节对象有关[3]。
因此，对其进行仿真，就必须具体研究调节器以外各部分的工作原理和特性，建立相应的数学模型和Simulink 仿真模型。
基于xPC的地铁TCU实时仿真测试系统设计
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第 19 卷第 4 期 2007 年 2 月
系统仿真学报
Vol. 19 No. 4 Feb., 2007
户来说是透明的。主控计算机担负着除实时仿真任务以外几 乎所有的工作：仿真前的准备、程序的编制、编译和生成、 仿真的启动、过程中的交互和控制。目标机则要完成创建实 时运行环境的和运行半实物仿真任务，从 I/O 通道读取数据、 控制仿真设备和响应主机指令。
j占空比为100的牵引触发脉冲lj制动晶闸管v3v7触发脉冲网压500v一一速废60kmh技术在枪械方案设计专家系统中的应用0119no4feb一20o7本文以visualstudionet2003为开发平台cf为程序开发语言sqlserver2000为数据库结构形式ado为数据库访问技术并以二十多种常见枪械的设计方案为实例库建立了枪械方案设计专家系统下面是一个运行实例
3.2 系统的同步
半实物仿真本质上是实时仿真，是同步运行的各部件构 成的整体。对本系统而言，系统的同步需解决两个主要的问 题：(1) 主机和目标机，测试机之间的同步；(2) 测试系统 与被测对象(TCU)的同步。利用已实现的低延迟实时通信网 络，问题(1)已可以做到。
对于问题(2)，考虑到 TCU 本身也是一种由微型计算机 构成的采样运动控制系统，最低采样周期为 1 毫秒，所以外 环的仿真测试系统在采样周期上应与之保持一致。在此，本 系统采用 A / D 板精确定时，其硬件直接中断进行定时模式 实现了系统毫秒级的精确定时，A / D 板的采样周期为 1 毫 秒，每 2 秒向仿真服务器进行一次数据传输促使其进行仿 真。A / D 板的硬件定时器的定时标记传送给其它计算机就 实现了这些计算机的时钟同步，对定时标记的传输频率进行 控制可实现仿真的多速率。
基于xPC的电池管理系统硬件在环测试研究_廉静
第29卷第2期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vo.l 29N o .22011 年03月 Journa l of Jia m usiUn i v ersity (N atural Sc i e nce Ed ition)M ar . 2011文章编号:1008-1402(2011)02-0193-04基于xPC 的电池管理系统硬件在环测试研究廉 静, 陈觉晓, 孙泽昌(同济大学汽车学院,上海201804)摘 要: 介绍了一种基于xPC 目标的电池管理系统硬件在环测试平台,采用MATLAB /S i m ulink 及RT -lab 工具箱完成了整车、动力蓄电池相应的模拟信号和数字信号的产生、转换以及发送和接收,采用Labv i e w 软件完成了上位机用户测试界面的开发.使用表明,该平台可有效地测试电池管理系统的各种功能及其工作可靠性.关键词: 电池管理系统;xPC 目标;硬件在环中图分类号: U 463.63 文献标识码: A0 引 言当今社会,能源危机和环境压力已经到了不可忽视的地步,传统汽车工业的发展更加剧了这一趋势.为寻求可持续发展,汽车行业的新能源动力技术迅速发展,其中典型的有混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车.这三类汽车中动力蓄电池都是一个不可或缺的部件.然而目前动力蓄电池的使用产生了很多问题,例如:单体电池不一致、不能有效估计电池容量造成过充电或过放电等.为了有效处理这些问题,电池管理系统应运而生.如今能否开发出功能完善、性能可靠的电池管理系统已成为制约电动汽车发展的关键因素之一.1 电池管理系统测试技术硬件在环测试电池管理系统开发过程中测试环节必不可少.作为V 模式开发流程中不可或缺的组成部分,硬件在环测试的应用非常流行,尤其在开发新产品时,其优越性更为突出.具体表现在以下几方面:可重复使用高精度的数学模型;可以在实验室模拟恶劣环境、失效、干扰、极限工况等;节约开发时间,节省开发成本[1].因此,在开发电池管理系统控制器时可采用硬件在环技术,将实际的电池管理系统控制器硬件加入到车辆仿真系统中,与车辆信号构成闭环系统,在闭环系统中检验控制器的功能.本文设计的电池管理系统硬件在环测试系统框图如图2所示.图1 V 模式开发流程图2 电池管理系统硬件在环测试系统框图2 电池管理系统测试标准选择电池管理系统的测试主要包括功能性测试和收稿日期:2011-03-03作者简介:廉静(1987-),女,河北石家庄人,同济大学汽车学院,硕士.佳木斯大学学报(自然科学版)2011年可靠性测试.功能性测试主要用来检测开发的电池管理系统是否具备定义的功能.针对不同的动力蓄电池,电池管理系统功能也不同,但一般包含以下功能:均衡、通讯、采样(电压、电流和温度等)、估算(SOC估算,SOH,最大可充放电测试等)、控制和报警.可靠性测试可根据车用控制器测试标准I SO16750的要求,检验车用控制器是否具备在各种特定环境中保持正常工作并且达到相应工作指标的能力,例如过电压、电压跌落、引脚开路短路等情况的测试和静态电流的测试等.通过上述两类测试可以对电池管理系统进行综合评价[2].图3 基于xPC目标的电池管理系统硬件在环测试结构3 电池管理系统硬件在环测试系统3.1 基于xPC目标的实时仿真环境MATLAB/S i m u li n k中的Rea l-T i m e W orkshop(RT W)工具箱可将图形化语言转化为可执行的代码,从而实现实时仿真.xPC Targe t(xPC目标)是针对RTW体系结构的一种实时仿真系统构建途径,支持多种类型的I/O设备(包括PC I和ISA以及RS232等),可以方便地构建硬件在环仿真系统.xPC目标采用的是上位机 目标机的 双机模式 .其中,上位机用于运行S i m u li n k,Stateflo w等工具包,并且具有目标代码编译器.目标机则实时运行生成的代码.xPC提供了一个高度的实时内核运行在目标机上.上位机和目标机可通过网络或者串口连接进行通信.表1 信号发生器产生的信号信号功能模拟输出动力蓄电池电压模拟输出动力蓄电池电流模拟输出电池温度数字输出点火信号模拟输出电池管理系统电压供给基于xPC目标的电池管理系统硬件在环测试结构如图3所示:系统包含两台电脑,上位机用于开发整车模型、电池模型及编写测试案例,目标机实时运行仿真模型,信号发生器用于生成电池信息和车辆运行工况信息等.整个系统采用C AN总线进行通讯.3.2 整车模型测试系统需要建立一个整车模型来模拟实车运行情况,由于电动车和混合动力汽车的控制策略不同,车辆模型也呈现多样化.但从整体来看,根据仿真过程中控制信号与能量的传递路径可以分为前向模型和后向模型两类,见图4.图4 前向仿真与后向仿真简图后向仿真从系统需求出发,输入为车辆实际工况下的车速和扭矩,反向推导出整车需求功率,控制器根据制定的能量管理策略将整车需求功率进行分配后,把能量需求值传递给相应的控制源,实现控制.前向仿真引入了驾驶员模型,根据工况需求的车速与仿真车速实时调整控制油门和制动踏板开度,控制器按照驾驶员的意图进行能量管理和分配[3].194第2期廉 静,等:基于xPC 的电池管理系统硬件在环测试研究后向仿真未考虑驾驶员的意图,大量采用查表方法降低了积分运算的要求,仿真速度较快,其最大的缺点就是在仿真开始就假定车辆能够满足行驶工况需求.前向仿真与实际驱动过程类似,但是仿真过程中需模拟传动部件等动态变化过程,因此对积分运算要求较高,仿真速度比较慢.由于前向模型更符合车辆驾驶过程,因此采用前向模型来建立整车模型.图5锂离子电池等效电路模型图6 电池管理系统采样测试3.3 电池模型动力蓄电池是电动汽车动力系统的关键部件,对整车动力性、经济性和安全性至关重要.常用的电池模型主要有等效电路模型、电化学模型、神经网络模型等.根据清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的研究结果,神经网络模型和等效电路模型对不同试验的泛化能力好,适用范围较宽,而在模型精度上,等效电路模型要明显优于另外两类模型,因此本文选用等效电路模型作为动力蓄电池建模的方案.图7 电池管理系统继电器控制测试图8 电池管理系统报警测试当今车用动力蓄电池主要包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂离子电池.锂离子电池具有无记忆性、自放电率低、环保、高比能量等诸多优点,是目前纯电动车用电池研发的主要方向,因此本文以锂离子电池为例建立其等效电路模型.等效电路模型主要采用电阻、电容等基本电路元件构成电路来描述电池的充放电特性.结构如图5所示.图中,U 和I 分别表示动力蓄电池工作时的端电压和电流,充电时I 定义为正,放电时I 定义为负,Uocv 是电池开路电压,它与电池荷电状态SOC 存在着对应关系,R 0用来描述电池的欧姆内阻,R 1,C 1和R 2,C 2两个RC 环节用来描述电池的极化效应,其中时间常数较小的RC 环节用来描述锂离子在电极间传输时受到的阻抗,时间常数较大的RC 环节用来描述锂离子在电极材料中扩散时受到的阻抗,若令电池容量为C,电容C 1上的电压为U 1,C 2上的电压为U 2,则有:C 1U 1=I -U 1/R 1C 2U 2=I -U 2/R 2SOC =SOC in i +ICd t 195佳木斯大学学报(自然科学版)2011年其中 为充放电库仑效率,T为采样时间,由电池充放电实验可以得到SOC-Uocv的对照表,通过对SOC查表就可得到当前的电池开路电压,并根据公式U=Uocv+U1+U2+I R求得动力蓄电池的端电压U,作为模型的输出.3.4 用户测试界面Labv ie w软件使用的是图形化语言,生成框图式的程序,Labv ie w的前面板提供了丰富的输入及显示控件,其所有的算法都是在后面板实现的,这就方便了使用者制作出美观的测试界面,本文开发的测试界面可以方便测试者进行各类测试、监控测试流程及记录测试结果.4 测试结果最后,本文选择了几个比较直观的测试实例对该硬件在环测试系统的测试功能进行展示.采样功能:电池管理系统对动力蓄电池电压、电流、温度信号进行采样,测试结果显示在上位机中,见图6,红色曲线为测试系统产生的模拟电压、电流、温度信号,白色曲线为电池管理系统通过CAN总线返回的采样电压、电流、温度信号,可以看出电池管理系统的采样精度符合既定要求.控制功能:测试电池管理系统的继电器控制功能,电池管理系统继电器的时序如图7所示,先闭合负端继电器和预充电继电器进行预充电,如果在设定时间内完成充电过程,则闭合正端继电器,同时断开预充电继电器.报警功能:首先设置各项报警的阈值,当执行报警功能的测试时,测试系统模拟出超过各项阈值范围的信号,然后监视电池管理系统反馈的信息,检查电池管理系统的报警功能是否正常.如图8所示,用户先触发了模拟的低压故障,电池管理系统立刻识别出该故障并返回相应的报警信息.5 结束语本文建立了基于xPC目标的电池管理系统硬件在环测试仿真平台,通过试验验证,所建立的仿真平台能够验证电池管理系统的各类功能,可以为电池管理系统的开发提供一定的依据.此外,基于xPC目标的硬件在环技术实现了低成本的测试系统开发.参考文献:[1] 戴海峰,魏学哲,孙泽昌.V-模型及其在现代汽车电子系统开发中的应用[J].电一体化,2006.[2] 卢兆明(译),道路车辆-电器和电子装备的环境条件和试验第2部分:电源环境ISO16750.2,上海市质量监督检验技术研究院,2007.[3] 黄妙华,陈飚,陈胜金.电动汽车仿真结构比较[J].武汉理工大学学报,2005.[4] 卢居霄,林成涛,陈全世,等.三类常用电动汽车电池模型的比较研究[J].电源技术,2006.[5] 邵海岳,钟志华,何丽萍,等.电动汽车动力电池模型及SOC预测方法[J].电源技术,2004.[6] 廖兵该,孙军,龚元明,等.车辆控制器VM S硬件在环仿真系统的研究与开发[J].机电一体化,2004.[7] 杨林孟,吴光强,邱绪云.基于xPC的车辆牵引力控制硬件在环仿真研究[J].山东交通学院学报,2008.[8] Yongs h engH e,W eiL i u,B ra i n J.Koch,BatteryA lgorit hm V erif-icati on and Devel op m en tU si ng H ardw are-In-The-Loop T es-ti ng,Jou rnal of Po w er S ource,2009.An XPC Target B ased H iL Test Syste m for Battery M anage m ent Syste mLI AN J ing, C HEN Jue-x iao, SU N Z e-chang(TongjiUniversity,Shanghai200092,Chi na)Abst ract: Th is article descri b ed an xPC target based H i L test syste m for batter y m anage m ent syste m.Th is test syste m can co m plete the analog and dig ital si g na l generati o n,conversion,send and receive correspond i n g ve-h icle and battery usi n g m a tlab/si m u li n k and RT-Lab too lbox,and co m plete the deve l o p m ent o f user i n terface testi n g w ith labv ie w so ft w are.Several experi m ents sho w ed that t h is platfor m can effectively test the various fea-tures o f the battery m anage m ent syste m and the ir re liability.K ey w ords: battery m anage m ent syste m;xPC targe;t hardw are-i n l o op196。
基于MATLABxPCTarget构建实时仿真系统
在副机上控 制 只 有 一 种 直 接 输 入 命 令 方 式。 我 们 把 主 副机上的输入命令方式统称为命令方式。 4.1 命令方式
在主机上的命令方式就是在 MATLAB 的 command 窗口
是 MATLAB 公司所介绍的标准方式，BootFIoppy 方式的实现 直接输入命令；在副机上的命令方式就是在副机上输入命
! MATLAB 的 command 窗口输入命令 ! SimuIink 模型窗口直接修改参数 ! Web 方式
参考文献：
［l］ 范影乐、杨胜天、李轶 . MATLAB 仿真应用详解［M］. 人民邮电出
版社，200l .
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状况的校准以及现场图像和测量结果显示等任务，实践证明 这种方法是一种可用于实现远程测量的有效方法。
MATLAB（MatriX Laboratory）是一种面向科学与工程计算 的高级语言，它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、 图像处理等于一体，具有极高的编程效率。它在应用线性代 数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、 动态系统建模等领域得到了广泛的应用，已经成为研究和解 决各种具体问题的标准软件。MATLAB 实际上由“主包”和各 种可选“工具箱”构成。主包包括数百个核心内部函数，这些 函数能通过用户自定义函数进一步扩展。工具箱则是 MATLAB 函数的综合程序库，它们为各具体学科专业和实际应用 定制 MATLAB 的运行环境。
李兴玮，叶磊，黄柯棣
（国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南 长沙 410073）
摘要：MATLAB 作为一种流行软件发展很快，它在仿真方面的应用也越来越广泛，随着 Simuiink、RTW、XPCTarget 等工具箱的推 出，MATLAB 在实时仿真方面也有了新的运用。该文详细介绍了怎样基于 MATLAB / XPCTarget 环境构建实时仿真系统。 关键词：实时仿真；仿真系统；软件 中图分类号：TP391 . 9 文献标识码：A
基于xPC的车辆牵引力控制硬件在环仿真研究
第16卷 第1期2008年3月山东交通学院学报JOURNAL OF SHANDONG J I A OT ONG UN I V ERSI TY Vol .16No .1Mar .2008收稿日期:2007-11-03基金项目:上海市教育委员会曙光计划资助项目(02SG18)作者简介:杨林孟(1982-),男,重庆人,同济大学硕士研究生,研究方向为汽车系统动力学及控制.基于xPC 的车辆牵引力控制硬件在环仿真研究杨林孟1,吴光强1,邱绪云2(1.同济大学汽车学院,上海 201804;2.山东交通学院汽车工程系,山东济南 250023)摘要:利用Si m ulink /Statefl ow 建立了车辆牵引力控制系统模型,在完成了离线仿真的基础上,应用Si m ulink /RT W /xPC target 一体化开发工具实现了车辆牵引力控制硬件在环仿真平台,并对自行设计的电子控制单元进行了控制程序的开发。
最后对一款后轮驱动汽车进行了几种典型工况的仿真实验,结果验证了电子控制单元硬件以及控制程序的有效性。
关 键 词:车辆;xPC;牵引力控制;硬件在环仿真;仿真实验中图分类号:U461.2 文献标识码:A 文章编号:1672-0032(2008)01-0007-04车辆牵引力控制系统通过控制驱动轮滑转状态改善车辆在软弱附着路面的牵引性和操纵稳定性,汽车电控系统开发的实质是进行车辆控制原型及执行器间的性能匹配,但单纯计算机仿真难以完成这一任务,随着相关技术的成熟,硬件在环仿真以其开发周期短、成本低和接近实际情况等特点正成为汽车电控系统开发的主要研究手段。
本文基于Matlab /Si m ulink 软件平台建立了车辆牵引力控制硬件在环仿真平台,通过该平台进行了控制器硬件在环仿真实验。
实验结果表明了控制器能够稳定地工作,控制算法可以有效地控制驱动轮的滑转,显著改善车辆的起步加速性能,为实车试验打下了基础。
1 基于Matlab /Si m ulink 的车辆牵引力控制系统模型利用Matlab /Si m ulink 工具包建立了车辆牵引力控制系统的原型,如图1所示。
基于xPC系统的硬件在环仿真平台研究
时通信 功 能 进 行 测 试。由于R a p i d - E C U 硬 件电 路 中未 配 置R S 2 32串口通讯 功 能，所以试 验中通 过 宇泰U T-2 5 0 6 RS232-CANBUS智能协议转换器将控制系统使用的CAN 总线通信协议与PC主板串口的RS232通信协议相互转换， 从而使目标 机 与外 部 控 制 器 完 成 数 据 通信。试 验中将协 议转换器控制系统侧CAN总线波特率设置为50 0kbps，
硬件在环仿真是一种实时仿真方式，相对于计算机仿 真而 言，其 保证了仿真过 程实时性，更 加符 合实际 试 验 效 果，同时易于实现，价格成本低，多用于企业控制系统产品 V型开发，对此，该文提供了一种硬件在环仿真平台方案。
1 xPC双机系统 xPC实时仿真试验平台主要包括宿主机、目标机、通信
连接设备以及外部控制系统4个部分。该文中的xPCTarget 实时仿真系统中配备有两台普 通 P C 机，分 别 作为宿主 机与目标机。其中，宿主机内部安装MATLAB R2015b版 本软件，C语言编译器为Visual Studio 2010；目标机使用 Windows X P/ DOS7.1双系统，配置有空闲串口和型号为 RTL8168以太网络适配卡。目标机与宿主机通信方式选用 网络通信( T C P/ I P) [1]，分别将目标机、宿主机 I P 地 址设 置为 同一网段，通过交叉线型以太网电缆直接连接即可实现通 信。
信息技术 DOI：10.16661/ki.1672-3791.2019.22.017
科 技资讯 2019 NO.23
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
小波信号处理的xPC实时仿真系统设计
摘
要 ：针 对 某 随动 稳 定 系统 在 调 试 过 程 中 出现 的失 稳 现 象 ，设 计 了 ｘ Ｐ Ｃ环 境 下 的 Ｃ Ａ Ｎ 总线驱动模块 ，
构 建 了基 于 ｘ Ｐ Ｃ 的实 时仿 真 系统 。对 随动 稳 定 系统 的 陀螺 输 出信 号 进 行 实 时测 试 和 记 录 。针 对 实 测 陀螺 信 号 的非 平 稳 特 性 ，使 用 ｓ 函数 完 成 小 波 去 噪 算 法 建 模 ，设 计 了实 时仿 真 控 制 系统 的 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模 型 ，对 实 测 陀 螺 信 号 进 行 了实 时 小 波 去 噪 仿 真 分 析 。工 程 实 践 表 明 ，实 时 小 波 算 法 对 陀 螺 速 率 信 号 具 有 良好 的 去 噪 效 果 ，该 方 法 对 随动 稳 定 系统 的调 试 和设 计 起 到 重要 作 用 。 关 键 词 ：ｘ Ｐ Ｃ；Ｓ函数 ；陀 螺信 号 ；实 时 小 波 去 噪
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｘ ＰＣ ；Ｓ ｆ ｕｎ ｃ ｔ ｉ ｏｎ； ｇ ｙｒ ｏ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ；ｒ ｅ ａ ｌ — ｔ ｉ ｍｅ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｔ ｄ ｅ ｎ ｏｉ ｓ ｉ ｎｇ
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搭建基于labview的xPC目标实时仿真系统控制平台
搭建基于labview的xPC目标实时仿真系统控制平台颜艳腾;叶周;张锐【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)003【摘要】介绍了实时控制系统平台xPC Target，并且研究了如何在xPC目标环境下构建实时仿真测试系统。
研究了xPC目标的C API接口编程及其API函数以及labview如何调用DLL动态链接库，建立了基于labview的xPC宿主机控制及遥测平台，该平台用于某卫星的姿轨控半物理仿真系统的地面验证，为其提供了功能强大并富于人性化的人机交互接口，实际应用表明该控制平台完全可以实现对xPC目标机程序的控制。
%The xPC Real-Time simulator was intruduced. Studied that how to build a real-time simulation testing system in xPC target environment. Studied the xPC target C API programming interface and API functions and how to call DLL dynamic link library. Established the control and telemetry platform of xPC host PC based on labview.The platform is used to a satellite attitude and orbit control ground verification system .and it can provide a powerful and rich computer interaction interface. The experiment and application show that this control platform can control the program of xPC Target completely.【总页数】4页(P69-71,75)【作者】颜艳腾;叶周;张锐【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050; 上海微小卫星工程中心上海 201203;中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050; 上海微小卫星工程中心上海 201203;中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050【正文语种】中文【中图分类】TN927+.2【相关文献】1.基于xPC的转台控制实时仿真系统设计 [J], 于月芬2.基于xPC的清筛机实时仿真系统平台 [J], 高建中;上官临颖;王庆丰3.基于xPC Target和iHawk的飞行控制实时仿真系统设计与实现 [J], 杨永浩;冯福沁;张胜修;曹立佳4.基于LabVIEW和MatLab物理模型的自动控制原理课程虚拟实验教学平台的搭建 [J], 王庆凤;谢田雨5.实时控制系统平台xPC与LabVIEW接口分析及应用 [J], 朱野;王旭永;陶建峰;闫述因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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构建基于XPC 目标的实时仿真测试系统张江滨,姚 辉,杨晓萍(西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048)摘 要 利用MATLAB 提供的Simulink 、RT W(Real Time Workshop)、XPC Target 等工具箱及I/O 硬件,可以很容易实现数学模型的建立、可执行程序的生成、宿主机!目标机的通信连接以及与外部实物的数据交换,构成基于双机模式的实时仿真测试系统,进行半实物仿真,来实现控制系统的快速原型化、硬件在回路中的测试、控制器的算法选择和参数优化、信号波形的跟踪显示等功能.文中详细介绍了如何基于XPC Target 环境构建实时仿真测试系统.关键词 实时仿真;半实物仿真;XPC 目标;测试系统中图分类号:T P39 文献标识码:B 文章编号:1000 0860(2005)01 0070 04A real time simulation testing system based on XPC TargetZHANG Jiang bin,YAO H ui,YANG Xiao ping(I nstitute o f W ater R esources and Hydr oelectric Power,Xi an U niversity of T echnolo gy,Xi an 710048,Shaanx i,China)Abstract:T he development of mathematics model,the generation of executive program,the communication betw een host PC and targ et PC and the data exchange w ith outer matters ar e easy to be realized w ith the toolbox es o f simulink,RT W(Real T ime Workshop)and X PC T arg et in M AT L AB and I /O hardware,w ith w hich the real time simulation testing system based on double PC model can be established to prov ide the functions such as r apid prototyping o f a control system,the hardware testing in the circuit,the selection of algorithm and the parameter o ptimizat ion of controller and the track and display of signal w aves t hrough hardw are in the loop simulation concerned.How a real time simulation testing system is established based on XPC T ar get is g iv en in details hereinafter.Key words:real time simulation;har dware in the loop simulat ion;XP C T arget;testing system收稿日期:2004 09 10作者简介:张江滨(1962!),男,陕西泾阳人,教授1 引 言MATLAB 是一种面向科学与工程计算的高级语言,它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络、图像处理等于一体,具有极高的编程效率.特别是利用Simulink 工具箱中丰富的函数库可以很方便地构建数学模型,并进行非实时的仿真.而XPC 目标是Math Works 提供一种用于产品原型开发、测试和配置实时系统的PC 机解决途径.为了提高系统实时仿真的能力,XPC 目标采用了宿主机!目标机的技术途径,两机通过网卡连接,以TCP/IP 协议进行通信.宿主机用Simulink 建立模型,进行仿真前的参数配置,然后用RTW 和一个VC 编译器将模型编译为一个可执行文件下载到目标机.目标机通过软盘启动XPC Target 实时内核,运行从宿主机下载的RTW 生成的目标应用程序,通过I/O 通道与外部实物进行数据交换,最终实现半实物的实时仿真测试.在XPC 目标环境下,可以从M ATLAB 中使用命令行或XPC Target 的图形交互界面对程序的执行进行控制.在程序执行期间,可以交互地在线调整模型参数,信号绘图功能可以使人动态地观察信号波形,实现数据可视化和信号跟踪.如果目标机有监视器,则可以使用XPC 目标的目标管理器功能在目标机上直接观察信号和目标机的各种状态信息.2 基于XPC 目标的宿主机!目标机模式XPC 目标工作模式如图1所示.其具有如下特水利水电技术 第36卷 2005年第1期点:(1)两机可通过RS 232或TCP/IP 协议进行通信,也可通过局域网、Internet 进行连接;(2)支持任何台式PC 机、PC/104、CompactPCI 、工业PC 或SBC(单板机)作为实时目标系统;(3)依靠处理器的高性能水平,采样率可达到100kH z;(4)扩展了I/O 驱动设备库,现已支持超过150种标准I/O 板;(5)可以得到来自主机或目标机的信号,也可以动态调整参数;(6)在宿主机和目标机上都可进行交互式的数据可视化和信号跟踪;(7)使用XPC Target Embedded Option 能针对独立操作进行系统配置.图1 XPC 目标双机模式3 系统的硬件连接在XPC 目标的半实物仿真中,主要通过数据采集卡来实现计算机和外部设备的连接,既需要通过数据采集卡的A/D 接口从外部模拟设备采集数据送到目标机,也需要通过D/A 接口将目标机的计算结果送往外部模拟设备.3 1 采用XPC 目标提供的I/O 设备XPC 目标提供了支持超过150种标准I/O 板的I/O 驱动设备库.XPC 目标所提供的D/A 、A/D 、DI 、DO 等模板,它实际上是为不同的板卡提供不同的驱动程序.在应用中,将所用到的I/O 设备对应的模板拖入模型中,进行采集卡的参数设置(如通道数、电压范围、采样时间、基地址等),并在实际仿真测试系统中接入相应板卡.在编译模型文件时,其中的板卡的信息就会被编译为可执行代码,下载到目标机上后,目标就通过数据采集卡和外部设备建立了联系,构成实时仿真测试回路.在仿真过程中可以从这些板上输入输出数据,以进行半实物仿真.本文目标机安装的是研华公司(Advantech)的PCL 711B 和PCL 728数据采集卡.3 2 采用其他I/O 设备如果没有采用XPC 目标提供的I/O 设备,则需自己编写设备驱动程序,这时可参考x pcblocks 文件夹下的各种设备驱动程序模块的源代码来编写程序,并存为filename.c,然后在MATLAB 命令窗口输入命令:mex filename.c,MAT LAB 自动调用编译器生成mex 动态连接库文件filename.dll,并将其设置到M AT LAB 的搜索路径中,最后将文件封装成一个s function 模块,进行参数设置即可.4 目标启动盘的制作目标机必须通过特制的软盘启动才能调用和运行XPC 目标的实时内核.在安装了XPC 目标软件和网络通信硬件后,就可以设置宿主机和目标机的环境属性,进行目标启动盘的制作.本文的宿主机和目标机都安装了网卡,中间通过Hub 连接.将软盘插入宿主机的软驱,在MATLAB 命令行输入x pcsetup,出现XPC T arget Setup 对话框,就可以进行宿主机和目标机环境属性设置.最后单击BootDisk 按钮,就可完成目标启动盘的制作.5 仿真模型的构建根据实际测试要求可在Simulink 环境中方便地构建模型.本文以发电机励磁测试系统为例,用Simulink 提供的发电机和负荷模型代替现实中复杂的电力系统,忽略调速器,以一常数代替.在XPC Tar get/Block Library 的A/D 库中拖动研华公司(Advan tech)的PCL 711B(在目标机上已经安装了PCL 711B 数据采集卡)作为励磁电压的数字输入通道,采用PCL 728作为发电机A 相电压的模拟输出通道.这样通过数据采集卡就可以很方便地与实际的励磁控制器结合起来,进行控制器的闭环实时仿真测试.因为PCL 728的D/A 输出范围为-5~+5V,为了使A 相电压在这一范围完整地输出,可在电压测量元件输出端口加适当的比例环节.同时,如果要测量其他参数,可在发电机m_pu 端口加入测量模块Measurem ent De mux,可对发电机的三相电流、角速度、输出功率等参数进行观察.Simulink 模型如图2所示.6 XPC 目标应用程序的创建和下载6 1 仿真参数的设置在Simulink 模型中,仿真和实时运行参数都可在Simulation Parameters 对话框中设置,主要包括Solver 、Workspace I/O 、Diagnostics 、Real Time Work张江滨,等∀构建基于XPC 目标的实时仿真测试系统图2 Simulink 模型sho p 等4个下拉菜单的参数设置 6 2 创建和下载XPC 目标应用程序仿真参数设置完毕后,同时通过启动盘启动目标机的实时内核,在Simulink 窗口中选择Tools \RealT im e Workshop \Build Model 命令,就可对Simulink 模型进行编译、链接生成可执行的目标应用程序,并将其下载到目标机.7 在实时仿真测试系统中运行XPC 目标应用程序7 1 信号输入、输出信号的输入、输出通过采集卡的I/O 通道实现 在PCL 711B 数据采集卡的A/D 通道接入励磁电压作为输入信号,PCL 728的D/A 通道输出发电机A 相电压 数据采集卡的D/I 、D/O 可为数字量提供输入输出,然后运行XPC 目标应用程序.7 2 信号跟踪(1)使用Xpcscope 进行信号跟踪.当XPC 目标应用程序下载到目标机后,在Matlab 命令行输入Xpc scope,在宿主机上出现管理器窗口(Manager),根据需要可决定示波器的个数和选择要跟踪的信号,这样就可进行多示波器窗口和多信号的跟踪显示.如图3所示为某一仿真时间段信号跟踪波形,图3中水平线为PCL 711B 数据采集卡励磁电压输入信号,曲线为PCL 728数据采集卡输出发电机A 相电压信号.图中横坐标为仿真时间t ,纵坐标为电压U.图3 不同励磁电压下发电机A 相电压跟踪波形(2)使用Xpctgscope 进行信号跟踪.在M ATLAB 命令行输入Xpctg scope,在目标机的监视器上出现示波器窗口同样可进行多示波器窗口和多信号的跟踪.(3)使用MAT LAB 命令进行信号跟踪.使用XPC 目标提供的函数生成目标Scope 对象,对信号进行选择和观察.7 3 XPC 目标应用程序的参数调整(1)使用MATLAB 命令进行参数调节.可使用M ATLAB 函数来改变模块的参数,不需重新创建模型的目标应用程序,就可改变程序的参数.(2)使用Simulink 外部模式在线调节参数.使用Simulink 外部模式下,在Simulink 外部模块图的任何位置改变参数,Simulink 都将改变后的参数自动下载到正在运行的目标应用程序中.根据信号跟踪波形可随意改变模型参数检验励磁控制器的调节效果,也可实时地测试控制器的控制算法,参数设计,直至得到满意效果.如图3为不同励磁电压的信号跟踪波形图.7 4 数据存储在环境下,进行信号跟踪的同时也可对所跟踪信号实现数据存储,供以后分析处理.在Xpcscope 中选择要跟踪的信号,然后单击Ex port 选项,这时在M ATLAB 的WORKSPACE 中就会自动生成MAT 文件.这里可记录任意时间段的任意个(如500)信号数据,这样就可很方便地对测试结果进行分析、处理.7 5 数据分析在测试中所采集的实时数据是分析的依据,利用M ATLAB 提供的图形编辑模块GU I,按照测试要求很容易编写友好的用户界面,并根据MAT 数据文件绘制试验曲线、打印报表等,进行数据分析.试验测得的数据可以通过各个试验模块进行分析处理.8 结 语本文详细介绍了基于XPC 目标构建实时仿真测试系统的方法.利用XPC 目标提供的I/O 驱动设备库,很容易与硬件结合起来,使用标准的PC 硬件和现成的I/O 接口板,XPC 目标提供了一个构建理想的低价高效的半实物仿真测试系统的途径.这种设计方法使得系统设计者充分利用了Simulink 提供的工具箱和函数库,进行数学建模,然后通过RTW 将Simulink 模块图自动转换为对应的C 代码,并下载到目标机.这样,用户在设计阶段可以在硬件布置、编写产品控制软(下转第76页)张江滨,等∀构建基于XPC 目标的实时仿真测试系统经过艰苦的谈判,最后以#搁置争议,实施赶工∃的共识为前提采取赶工措施,保证截流目标的实现.虽然采取赶工措施需要付出一定的代价,但是按期截流从而保证按期发电所产生的社会效益、发电效益都是不可估量的,而且在建设资金到位的情况下,缩短工期,建设期贷款利息也会相应减少,工程总造价也就降低了.2 6 加强概算执行管理检查对照合同与概算执行情况,就是将合同的微观管理与概算的宏观控制相结合并统一起来.小浪底的概算很复杂,国家计委审批的概算项目划分都是按水利部水利工程概算编制办法的规定进行的,而实际施工时合同项目不可能完全与概算相对应.那么,要做好概算执行情况检查就应将审批的概算进行调整,这个调整是在项目总投资不变的情况下对概算项目根据实际标段划分情况进行调整,比如将概算中按总投资比例计算的临时设施费分摊到各单项工程中等.概算执行情况检查不能等到工程快完工时才开始,而是从工程一开工就要做,并且贯穿工程建设的全过程,这样能及时地发现问题并尽早解决.因为根据国家规定,在概算范围内,单项工程项目之间投资可以互相调剂.这样,通过合同与概算的随时对比,当发现某一项工程确实因地质条件变化等因素投资超出该项概算投资时,就应马上对其他项目进行检查,看其他项目是否有节余可以弥补超出的投资,如不能弥补,就要考虑动用预备费或其他办法.只有这样才能保证总投资不突破.小浪底在这方面做了大量工作,不仅是简单的对比,还进行了大量的分析工作,对超投资和节省投资的项目都进行原因分析,及时提出处理办法.2 7 用好用活政策,最大限度发挥投资效益建设项目投资控制的一个重要指标就是概算,而概算文件是一个政策性很强的文件,建设单位在执行期间既要严格执行又要充分发挥主动性,节约资金,发挥资金的最大效益.比如小浪底在特殊技术装备费、施工用房临时设施费等费用上就是在政策许可的范围内,采用了特殊的方法.特殊技术装备费,按过去的常规做法是建设单位按工程投资的规定比例拨付给施工企业,由施工企业自行配备特殊机械设备.但目前由于水电施工企业都比较困难,这部分费用很难保证专款专用,再加上随着合同项目分开后,这项费用分散给不同的承包商,承包商得到的专项费用就不算多了,没有能力购买大型的特殊设备.小浪底建管局于是将该项费用集中掌管,购买了许多大型设备,如大型吊车、平地机、重吨位的自卸汽车等.建设单位然后将这些设备租用给需要的承包商,租金用于设备的保养、修理或冲减工程投资等.这样既保证了工程建设需要,有节省了投资.(责任编辑 欧阳越)(上接第72页)件、模型的选择,控制算法或交付固定设计方案之前,进行半实物仿真测试,了解系统整体性能,优化系统参数,在设计的早期纠正设计缺陷.此方法特别适合模拟复杂现场实际情况进行动态仿真测试.根据所采集的实时数据,很容易进行数据分析,得出试验结果.与传统设计方法相比,具有开发周期短、费用低、效率高等特点.宿主机!目标机的双机连接方式可以通过多种方法实现,其具有较高的灵活性.参考文献:[1] 杨 涤,杨 旭,李立涛,等 系统实时仿真开发环境与应用 [M] 北京:清华大学出版社,2002[2] 李兴玮,叶 磊 基于M ATLAB/XPC Target构建实时仿真系统[J] 计算机仿真,2003,(8):113 114[3] 樊晓丹,孙应飞,李衍达 一种基于RTW的实时控制系统快速开发方法[J] 清华大学学报(自然科学版),2003,(7):895 898 [4] 吴天明,谢小竹,彭 彬 M AT LAB电力系统设计与分析[M] 北京:国防工业出版社,2004[5] 吴 剑,孙秀霞 采用M ATLAB中的XPC Target对硬件进行操作[J] 现代电子技术,2002,(4):59 60[6] 杨冠城 电力系统自动装置原理[M] 北京:中国电力出版社,1995(责任编辑 林雁庆)依法治水 加强水资源统一管理黄维华,等∀小浪底水利枢纽工程投资实践。