实时测试与硬件在环仿真技术研析

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1、实时测试与硬件在环仿真(HIL)技术研析黄睿陆欣应用工程师HIL技术团队负责人NationalInstruments恒润科技有限公司议程•实时测试的概念•硬件在环(HIL)仿真测试的概念及主要应用•如何基于PXI平台构建HIL测试系统•构建HIL测试系统的实践案例(恒润科技)实时测试(Real-TimeTesting)的概念测试系统数据记录/分析UUT激励测试系统的一部分基于实时环境建立,从而增加测试的性能和可靠性.举例:硬件在环(HIL)仿真测试HIL测试系统数据记录/分析激励待测控制器被控对象模型硬件在环(HIL)仿真在将控制器投入到实际

2、系统前,先通过一个能够模拟受控对象行为的仿真系统来验证控制器.受控对象模型数学模型+I/O闭环系统控制器受控对象期望响应(UUT)控制信号实际响应硬件在环仿真的主要应用领域汽车军工与航空航天能源、电力•汽车发动机模型•航空发动机模型•发电机及电力电子器件•燃料电池系统模型•无人飞行器模型•风机模型(包括机械部分)•整车动力学模型•水下探测器模型•涡轮机模型•……•……•……为什么要进行硬件在环仿真?•受控对象造价高，现场测试风险太大–混合动力系统–风力发电系统•需要测试极端工况–短路等系统故障•可重复性测试/自动化测试–通过仿真能够反复重现相

3、同的实时环境或激励/扰动•希望缩短开发周期，降低开发风险和成本–受控对象的生产设计与控制器开发同步进行•提高生产线测试的效率应用举例:发动机ECU测试•油门踏板开度•发动机凸轴和曲轮轴信号•喷油信号发动机控制器(ECU)•点火信号发动机仿真系统应用举例:整车模型仿真汽车总线发动机ECUBCM变速箱组合仪表ABS安全气囊控制器控制器整车模型应用举例:风机控制器测试•风速•风向•电流•相电压•发电机转速•偏航角度•桨叶角度•晶闸管控制信号PWM•偏航电机控制信号•变桨系统控制信号风机控制系统(待测对象)风机仿真模型应用举例:自动导航装置测试•外部

4、气流参数•航速•航向•飞行高度自动导航•其他状态参数控制器(待测对象)•控制信号飞机仿真模型受控对象的仿真系统被控对象模型仿真+测试系统用户界面数据记录/激励测试序列分析环境扰动待测对象:控制器被控对象模型控制信号期望输出实际输出实际输出HIL测试系统的基本硬件架构•显示界面上位机•数据记录/处理•测试自动化Ethernet•受控对象模型的确定性执行实时处理器•执行测试激励序列I/O•仿真传感器信号给ECU(模型的输出)•捕获ECU控制信号(模型的输入)模拟/数字/总线接口待测控制器基于PXI构建HIL测试系统上位机PCPXI实时控制器•通过

5、以太网线连接PXI实时控制器•多核CPU实现模型的并行执行基于PXI的多种I/O模块待测ECU•模拟/数字/总线接口…带有FPGA的自定义I/O上位机Ethernet实时处理器传感器仿真(LVDT)爆震信号生成I/O模拟/数字/总线接口待测控制器曲轴仿真自定义协议接口故障注入故障注入模块(FIU)上位机主要用于仿真控制器与模型之间的硬件信号错误Ethernet实时处理器I/OFIU控制器(UUT)带有FPGA的自定义I/O&故障注入PXI故障注入模块最大电流达40APXIR系列可重配置I/O模块或前端可自定义的FlexRIOHIL测试系统软件

6、•模型的确定性执行•产生实时激励•数据记录LabVIEW实时模块•用户界面LabVIEWFPGA模块•Single-PointI/O仿真接口工具包•FPGA编程•警报•用户权限管理•多机箱同步案例:混合动力汽车发动机ECU测试•BWM氢能7系混合动力汽车控制器测试–12缸引擎仿真–硬件:NIPXI•4CANInterface•288DIO,24AI,56AO–软件:NILabVIEW案例:混合动力汽车发动机ECU测试•FPGA在测试系统中的作用.–点火和喷油信号捕获–仿真产生特殊信号–自定义协议接口基于专业软件快速开发HIL测试应用基于配置的

7、开发环境硬件I/O配置调用模型或控制算法计算通道报警运行时可编辑的用户界面配置实时激励/数据记录NIVeriStand架构SystemExplorerWorkspace1运行时实时引擎配置UI对象工具部署23实时通信NIVeriStand实时引擎I/O激励数据记录报警执行步骤计算通道支持多机箱HIL仿真利用NIVeriStand的开放性可调用多种环境下建通过NILabVIEW自定义NI通过LabVIEWFPGA模块自立的模型VeriStand的用户界面定义板载FPGA功能支持使用Python编辑结合NITestStand进行结合NIDIAde

8、m进行数的测试序列测试管理据管理液压控制系统的HIL测试“Theout-of-the-boxcapabilitiesofNIVeriStandmadeitpract