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1、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 Berlin Paderborn Dsseldorf Munich+ Frankfurt Schwaitenkirchen dSPACE 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
2、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
3、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： l 继承离线控制系统设计与仿真结果 l 实时研究控制系统设计 4 系统的时间特性 4 实时地确定I/O采样时间 4 测试软件中断、硬件中断 4 研究中断优先级的影响 4 为硬件设计提供参考依据 开发的中后期： l 测试控制计算机的功能 4 控制计算机是真实的 l 测试控制系统的
4、硬件接口 4 传感器和部分执行部件是真实的 dSPACE 应用 dSPACE V-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 dSPACEdSPACE开发思路开发思路- -集成开发环境集成开发环境 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 d dSPACE 产品产品 F dSPACE 软件 4 RTI（离线工具与实时工具的接口） 4 ControlDesk（测试和实验软件工具） F dSPACE 硬件 4 单板系统 4 组件系统
5、h 处理器板 h 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 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 RTW MATLABSimulink Stateflow RT- Software RT- Hardware Real-Time Interface dSPACE 应用 dSPACE 软件产品- RTI dSP
6、ACE 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 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 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 PowerPC PPC603e 32MByte SRAM 内置综合 I/O 功能 8 D/A; 8 A/D 2 增量编码器
7、接口 32 数字I/O RS232/RS422 三相及单相PWM DS1104 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 PHS 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 MicroAutoBox 用于对汽车进行快速测试
8、 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/O dSPACE 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
9、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-Loop Calibration 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 n工程计算的标准软件 n基于模型的控制器设计 n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
10、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” 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 dS
11、PACE 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
12、活编译/连接器 下载应用程序 实时硬件 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 -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 RCP dSPACE 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
13、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/Simulink Real-Time Workshop MLIBMTRACE Real-Time Interface Compiler ControlDesk HOST PC dSPACE 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/St
14、ateflow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-Time Workshop Stateflow Coder Fixed-Point Blockset Real-Time Workshop Embedded Coder Embedded Target for MPC555 dSPACE 应用 无缝连接 TargetLink 原型硬件产品ECU MATLAB / Simulink / Stateflow 实时代码生成
15、工具 Real-Time Workshop dSPACE 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 Rapid Prototyping 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 ECU dSPACE 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
16、更改ECU代码 旁通技术实例: Fiat EGR-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 = 30 us 通过RTI-MP 采用 SIMULINK 自动代码生成 84 路高速 I/O 信号 Original On-Board Control Rack Simulator Controller Inverter Rectifier mechanical Power Line pulses currents Adtranz (ABB Daimler Benz)： HIL 模拟电力机车 dSPACE 应用 dSPACE 应用
