¿Qué es la simulación hardware-in-the-loop?
El sistema de simulación hardware-in-the-loop es un conjunto de sistemas de software y hardware con altos requisitos en tiempo real. Su desarrollo depende del desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología informática. La investigación y el desarrollo de la simulación de hardware en el bucle también se han desarrollado con el desarrollo de la tecnología electrónica y la tecnología informática en los últimos años.
Las empresas e institutos de investigación extranjeros comenzaron a investigar en esta área antes y han logrado algunos resultados prácticos. Los más representativos incluyen dSPACE, ADI, etc.
El sistema de simulación hardware-in-the-loop es un sistema multiprocesador compuesto por plantillas de procesador y placas de E/S periféricas a través del bus ISA. La velocidad de transferencia de datos entre procesadores llega a más de 1 Gb/s. Los datos se pueden intercambiar entre la placa de E/S y el procesador a través de la interfaz de fibra/memoria compartida. Los usuarios pueden ampliar la plantilla del procesador según sus necesidades para construir un sistema de simulación adecuado. En términos de software, Stateflow de Mathworks se utiliza para el desarrollo de algoritmos, modelado de sistemas y simulación fuera de línea. La interfaz en tiempo real (RTI) se utiliza como enlace entre el sistema en tiempo real dSPACE y la herramienta de desarrollo de software Matlab/Simulink; a través del espacio de trabajo en tiempo real (RTW) permite una descarga automática perfecta desde los modelos de Simulink al código de hardware en ejecución en tiempo real de dSPACE. Además, dSPACE también proporciona un entorno de prueba integral ControlDesk, que puede gestionar de manera integral el proceso experimental. Es un sistema de simulación de procesador distribuido basado en el bus VME. Está compuesto por una computadora de alta velocidad y un sistema de E/S de alta velocidad, y se puede conectar a una red de área local. El procesador de comunicación en el sistema de simulación se ejecuta como la plantilla principal del bus VME y sirve para la comunicación entre todos los procesadores del bus. En términos de software, ADRTS está soportado por un lenguaje de simulación desarrollado por la propia ADI. ADSIM no solo tiene una alta velocidad de ejecución, sino que también tiene una función de diálogo en línea persona-computadora, que le permite cambiar parámetros o algoritmos de integración, seleccionar variables para dibujar y mostrar, etc. sin tener que volver a compilar.
Todas las plataformas de simulación anteriores requieren plantillas de procesador independientes para lograr altos requisitos de rendimiento en tiempo real. Sin embargo, para desarrollar sistemas de simulación que admitan diferentes escenarios de aplicación, se requieren módulos de expansión para lograr la interconexión, lo que mejora enormemente. El costo del equipo se usa generalmente en el campo de la investigación científica, pero para aplicaciones a mayor escala, el costo será insoportable.
En China, la Universidad de Tsinghua ha desarrollado el sistema de soporte de simulación VCS3, que se basa en la plataforma de PC, reduciendo efectivamente los costos de equipo y ampliando el alcance de las aplicaciones. Sin embargo, en términos de interfaz gráfica, VCS3 no admite vistas tridimensionales.
Este artículo revisó la literatura relevante y conoció las tendencias y direcciones de desarrollo actuales de los sistemas de prueba de simulación de hardware-in-the-loop en el país y en el extranjero. Después de estudiar las tecnologías relacionadas, se propuso un plan de desarrollo de plataforma de prueba de simulación práctico y con visión de futuro, que redujo los costos de desarrollo del sistema y mejoró la interoperabilidad y la intuición de la interfaz de usuario del sistema.
Basado en el entorno de software y hardware del sistema de automatización totalmente integrado de Siemens, se analizan los requisitos funcionales reales del sistema y los requisitos de calidad del sistema de prueba de simulación actual, y se proporciona la arquitectura de software de la plataforma de prueba de simulación.
Investigar tecnologías relacionadas que cumplan con las funciones del sistema y los atributos de calidad, proponer un conjunto de tácticas de implementación y diseñar e implementar una plataforma de prueba de simulación. Durante el proceso de diseño e implementación, se utilizan tecnología orientada a objetos y múltiples patrones de diseño. Se utiliza para proteger los cambios y lograr una reutilización de grano grueso.
Basado en la plataforma de prueba de simulación, se desarrolló un sistema de prueba de simulación de turbina eólica y se evaluó el rendimiento real y la eficiencia del desarrollo.
Este capítulo explica principalmente las principales teorías relevantes y tecnologías centrales involucradas en el diseño e implementación de sistemas. Bajo el marco conceptual de Totally Integrated Automation, la plataforma logra compatibilidad con el software y hardware del sistema de control de automatización de Siemens. En términos de hardware, admite múltiples modelos de controladores lógicos programables. En términos de software, implementa soporte para el entorno de desarrollo integrado Siemens Step7. y grupo WinCC Compatible con otro software. Para compensar las deficiencias de los sistemas existentes en la interacción de la interfaz, la plataforma integra un motor de gráficos 3D para lograr una simulación visual 3D. Durante el proceso de diseño e implementación de la plataforma, para lograr una reutilización gruesa, se utilizaron conocimientos relacionados con la arquitectura del software y los patrones de diseño.