硬件在环_dSPACE培训
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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
第一部分
dSPACE概述
dSPACE 应用
dSPACE 公司
Berlin Paderborn Düsseldorf Frankfurt
Munich+
Schwaitenkirchen
• 总部设在 Paderborn
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 拖放适当的I/O块到模型中
与模型相连
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 拖放适当的I/O块到模型中 与模型相连
生成代码 自动下载到dSPACE实时 的硬件
dSPACE 应用
dSPACE 产品
dSPACE 产品
dSPACE 软件
Fra Baidu bibliotek
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--RTI
RTI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
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 PowerPC PPC603e 32MByte SRAM 内置综合 I/O 功能 8 D/A; 8 A/D 2 增量编码器接口
DS1104 控制器板
• 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（Stateflow Coder）
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”
P2# X 1 0
Lk i n DP S T e tm i - ap mS
D i aI i tl n g
DP S Pw N w k oe e o r t r A H L A P DP S Lk i n
T e tm i - ap mS
D i aI i tl n g D i aIO i tl / g V t gs oae l C rn u et r s C rn u et r s
• 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
MATLAB RTW
Simulink
Stateflow
Real-Time Interface
RTSoftware
RTHardware
• 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
dSPACE 应用
dSPACE 软件产品-- RTI
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 填补 DS1102 和标准组件系统之间的空白 支持高性能处理器 PowerPC PPC604e
DS1103 控制器板
•
内置综合 I/O 功能 – 8 D/A – 20 A/D – 32 数字I/O – RS232/RS422 – 三相及单相PWM – CAN接口
Original On-Board Control Rack
currents
Simulator
mechanical Inverter
Controller
pulses
Rectifier
Power Line
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 电力机车
Adtranz (ABB Daimler Benz)： HIL 模拟电力机车
快速控制原型
• 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） `
目标代码生成
dSPACE 应用
Mathworks 代码生成工具
32 数字I/O
RS232/RS422 三相及单相PWM
dSPACE 应用
dSPACE 硬件产品 -- 标准组件系统
标准组件系统
Processor 板 + I/O 板
DS1005主处理器板 强大的计算能力和I/O管 理能力
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
• 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
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 电力机车
Adtranz (ABB Daimler Benz)： HIL 模拟电力机车
• 高性能应用 • 仿真步长 = 30 us 通过RTI-MP 采用 SIMULINK 自动代码生成 • 84 路高速 I/O 信号
实时代码生成工具 Real-Time Workshop
TargetLink
原型硬件
产品ECU
dSPACE 应用
当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
Rapid Prototyping
硬件在回路仿真
快速控制原型
目标代码生成
dSPACE 应用
开发的任务
实验定义
软件控制
仿真模型
模型开发
传感器 执行器
实时硬件
• Real-Time Workshop
• Stateflow Coder • Fixed-Point Blockset
• Real-Time Workshop Embedded Coder
• Embedded Target for MPC555
dSPACE 应用
无缝连接
MATLAB / Simulink / Stateflow
dSPACE 应用 当今的开发流程- V循环
功能设计 标定
dSPACE 原型 实验室与车载测试的可靠方案 Hardware-in-the-Loop 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 快速控制原型 目标代码生成
dSPACE 应用
• 成立于1988年 • 仅Paderborn就有230多员工 • 超过70% 的员工是技术人员
• 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
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
生成 I/O代码 激活编译/连接器
-下载应用程序 生成数据表用于监视数据与参数调节
下载应用程序
实时硬件
dSPACE 应用 ControlDesk/实验控制台
硬件管理
•硬件配置
实验管理
•收集实验数据
•下载
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 实验控制
•开始, 停止, ...
开关 (操作, 停止) 增量编码器信号
Real-Time Interface Compiler ControlDesk
传感器信号 马达信号
HOST PC
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)
dSPACE 应用
当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
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
dSPACE V-Cycle 开发流程
功能设计
标定
快速控制原型
硬件在回路仿真
目标代码生成
dSPACE 应用
dSPACE开发思路--集成开发环境
从概念设计到测试 分析, 设计
建模, 仿真
自动化测试 I/O 库
Build
监控, 调节 实时测试 实现
目标代码生成
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
实时 I/O
I/O
I/O
信号调理
负载仿真
信号采集
故障仿真
电控单元
诊断与 标定.
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 ECU
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 汽车
旁通技术实例: Fiat EGR-功能开发
dSPACE 应用
RCP
无缝的工具链
dSPACE 的优点: 无缝的工具（即适用RCP又适用HIL）
dSPACE 应用
RCP的硬件
单板系统
组件系统
ECU-原型硬件
dSPACE 应用 dSPACE 应用实例--控制器
dSPACE 用于伺服控制 （RCP）
Matlab/Simulink Real-Time Workshop MLIB MTRACE
PHS
RS232/422/485 串行接口板
MIL-1553接口板
DS1005 从处理器板
其它I/O板
dSPACE 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
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/O
MicroAutoBox
• 用于对汽车进行快速测试
• 价廉质优
dSPACE 应用
第二部分
利用dSPACE 进行汽车控制器开发过程
dSPACE 应用
系统开发流程
需求 功能设计 系统分解
系统确认
功能测试 部件集成
设 计
系统 部件
集 成
部件设计 HW / SW
开发
dSPACE 应用
dSPACE控制器V模式开发流程
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
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
拖放适当的I/O块到模型中
与模型相连 生成代码 自动下载到dSPACE实时的硬件
开始交互式试验
dSPACE 应用 Real-Time Interface/实时接口
Real-Time Interface/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
功能设计
标定
硬件在回路仿真 快速控制原型
目标代码生成
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
Calibration 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 功能设计 快速控制原型 Hardware-in-the-Loop
dSPACE应用与实例
重庆大学机械传动国家重点实验室
dSPACE 应用
第一部分
dSPACE概述
dSPACE 应用
dSPACE 公司
Berlin Paderborn Düsseldorf Frankfurt
Munich+
Schwaitenkirchen
• 总部设在 Paderborn
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 拖放适当的I/O块到模型中
与模型相连
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 拖放适当的I/O块到模型中 与模型相连
生成代码 自动下载到dSPACE实时 的硬件
dSPACE 应用
dSPACE 产品
dSPACE 产品
dSPACE 软件
Fra Baidu bibliotek
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--RTI
RTI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
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 PowerPC PPC603e 32MByte SRAM 内置综合 I/O 功能 8 D/A; 8 A/D 2 增量编码器接口
DS1104 控制器板
• 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（Stateflow Coder）
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”
P2# X 1 0
Lk i n DP S T e tm i - ap mS
D i aI i tl n g
DP S Pw N w k oe e o r t r A H L A P DP S Lk i n
T e tm i - ap mS
D i aI i tl n g D i aIO i tl / g V t gs oae l C rn u et r s C rn u et r s
• 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
MATLAB RTW
Simulink
Stateflow
Real-Time Interface
RTSoftware
RTHardware
• 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
dSPACE 应用
dSPACE 软件产品-- RTI
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 填补 DS1102 和标准组件系统之间的空白 支持高性能处理器 PowerPC PPC604e
DS1103 控制器板
•
内置综合 I/O 功能 – 8 D/A – 20 A/D – 32 数字I/O – RS232/RS422 – 三相及单相PWM – CAN接口
Original On-Board Control Rack
currents
Simulator
mechanical Inverter
Controller
pulses
Rectifier
Power Line
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 电力机车
Adtranz (ABB Daimler Benz)： HIL 模拟电力机车
快速控制原型
• 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） `
目标代码生成
dSPACE 应用
Mathworks 代码生成工具
32 数字I/O
RS232/RS422 三相及单相PWM
dSPACE 应用
dSPACE 硬件产品 -- 标准组件系统
标准组件系统
Processor 板 + I/O 板
DS1005主处理器板 强大的计算能力和I/O管 理能力
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
• 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
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 电力机车
Adtranz (ABB Daimler Benz)： HIL 模拟电力机车
• 高性能应用 • 仿真步长 = 30 us 通过RTI-MP 采用 SIMULINK 自动代码生成 • 84 路高速 I/O 信号
实时代码生成工具 Real-Time Workshop
TargetLink
原型硬件
产品ECU
dSPACE 应用
当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
Rapid Prototyping
硬件在回路仿真
快速控制原型
目标代码生成
dSPACE 应用
开发的任务
实验定义
软件控制
仿真模型
模型开发
传感器 执行器
实时硬件
• Real-Time Workshop
• Stateflow Coder • Fixed-Point Blockset
• Real-Time Workshop Embedded Coder
• Embedded Target for MPC555
dSPACE 应用
无缝连接
MATLAB / Simulink / Stateflow
dSPACE 应用 当今的开发流程- V循环
功能设计 标定
dSPACE 原型 实验室与车载测试的可靠方案 Hardware-in-the-Loop 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 快速控制原型 目标代码生成
dSPACE 应用
• 成立于1988年 • 仅Paderborn就有230多员工 • 超过70% 的员工是技术人员
• 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
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
生成 I/O代码 激活编译/连接器
-下载应用程序 生成数据表用于监视数据与参数调节
下载应用程序
实时硬件
dSPACE 应用 ControlDesk/实验控制台
硬件管理
•硬件配置
实验管理
•收集实验数据
•下载
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 实验控制
•开始, 停止, ...
开关 (操作, 停止) 增量编码器信号
Real-Time Interface Compiler ControlDesk
传感器信号 马达信号
HOST PC
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)
dSPACE 应用
当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
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
dSPACE V-Cycle 开发流程
功能设计
标定
快速控制原型
硬件在回路仿真
目标代码生成
dSPACE 应用
dSPACE开发思路--集成开发环境
从概念设计到测试 分析, 设计
建模, 仿真
自动化测试 I/O 库
Build
监控, 调节 实时测试 实现
目标代码生成
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
实时 I/O
I/O
I/O
信号调理
负载仿真
信号采集
故障仿真
电控单元
诊断与 标定.
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 ECU
dSPACE 应用
dSPACE 应用实例-- 汽车
旁通技术实例: Fiat EGR-功能开发
dSPACE 应用
RCP
无缝的工具链
dSPACE 的优点: 无缝的工具（即适用RCP又适用HIL）
dSPACE 应用
RCP的硬件
单板系统
组件系统
ECU-原型硬件
dSPACE 应用 dSPACE 应用实例--控制器
dSPACE 用于伺服控制 （RCP）
Matlab/Simulink Real-Time Workshop MLIB MTRACE
PHS
RS232/422/485 串行接口板
MIL-1553接口板
DS1005 从处理器板
其它I/O板
dSPACE 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
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/O
MicroAutoBox
• 用于对汽车进行快速测试
• 价廉质优
dSPACE 应用
第二部分
利用dSPACE 进行汽车控制器开发过程
dSPACE 应用
系统开发流程
需求 功能设计 系统分解
系统确认
功能测试 部件集成
设 计
系统 部件
集 成
部件设计 HW / SW
开发
dSPACE 应用
dSPACE控制器V模式开发流程
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
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
拖放适当的I/O块到模型中
与模型相连 生成代码 自动下载到dSPACE实时的硬件
开始交互式试验
dSPACE 应用 Real-Time Interface/实时接口
Real-Time Interface/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
功能设计
标定
硬件在回路仿真 快速控制原型
目标代码生成
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
Calibration 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 功能设计 快速控制原型 Hardware-in-the-Loop