硬件在环仿真应用中的labview-fpga

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1、硬件在环(HIL)仿真应用中的LabVIEWFPGA硬件在环(HIL)仿真可以对虚拟运行环境中的设备进行非常逼真的模拟。一个典型的HIL系统包括用于从控制系统接收数据的传感器、用于发送数据的传动器、一个用于处理数据的控制器、一个人机界面(HMI)以及一个开发后仿真分析平台。NationalInstruments公司通过其创新的低成本模块化硬件和软件平台帮助工程师和科学家设计并建立自己的HIL系统。NI的R系列可重新配置型输入/输出硬件和LabVIEWFPGA软件模块为HIL提供了更高性能的平台。本文简要介绍了经过改进的NI平台如何帮助您快速设计和配置您自己的HIL系

2、统。目录：•简介•HIL概述•用NI产品建立您自己的HIL系统•NI帮助WoodwardGovernor公司成功实施HIL•结论简介嵌入式控制系统在控制典型机械系统中的不同组件时发挥了重要的作用。以小型无人驾驶飞机的自动导航装置的设计为例。设计中的一个微小错误可能导致价值2亿美元的飞机在传统测试中坠毁。在实际测试之前进行系统的软件模拟通常都没有多大意义，因为它不能与实际上的模拟和数字信号实时运行。这一难题使得HIL仿真成为了在最终运用之前对嵌入式控制系统进行测试的标准方法。HIL仿真可以对虚拟运行环境中的设备进行非常逼真的模拟。一个典型的HIL系统包括用于从控制系统

3、接收数据的传感器、用于发送数据的传动器、一个用于处理数据的控制器、一个人机界面(HMI)以及一个开发后仿真分析平台。NationalInstruments公司通过其创新的低成本模块化硬件和软件平台帮助工程师和科学家设计并建立自己的HIL系统。NI的R系列可重新配置型输入/输出硬件和LabVIEWFPGA软件模块为HIL提供了更高性能的平台。HIL概述☆设计周期中的HIL传统测试方法，即静态测试，通过提供已知输入和测量输出对特定组件的功能进行测试。目前公司都面临着将产品更快推向市场和缩短设计周期的压力，这引发了市场对于动态测试58（动态测试在组件以实际或模拟形式参与整

4、个系统共同运行的情况下对其进行测试）的需求。出于成本和安全考虑，相对于在实际系统中测试每一个组件，用实时硬件对系统其它部分进行模拟是较好的方法。与静态测试相比，动态测试的测试条件更为广泛。采用此方法进行动态测试被称作硬件在环(HIL)模拟。HIL是设计周期不可分割的一部分。下面的图1显示了汽车、航空和国防工业常用的嵌入式控制系统的设计周期。图中文字：systemdefinition－系统定义controldesign－控制设计rapidprototyping－快速建模hardware-in-the-looptesting－硬件在环测试Targeting－确定目标图1

5、.控制设计周期控制设计周期包括几个不同的设计和测试阶段。系统定义阶段记录下系统的需求和要求。快速建模阶段开发用于测试实际系统中的基本概念和理念的原型控制器。实际系统可以通过软件或软件与硬件的结合进行仿真。HIL测试的理念与快速建模类似，即在组件与实际系统其它部分相连时对其进行模拟。NationalInstruments公司的LabVIEW和PXI在工业中被广泛应用于快速建模的应用系统。图2.快速建模图中文字：ECUdesign－ECU设计，realengine－实际发动机在建模和验证完成后，程序必须在确定目标阶段应用于最终生产控制器上配置程序。在目标阶段开发出控制器

6、之后，需要将控制器作为实际系统的一部分进行测试。通常实际系统都十分昂贵，因此必须通过对实际系统的仿真来测试控制器。如果控制器在HIL仿真阶段运行良好，就可在实际系统中对其进行测试。59图3.硬件在环图中文字：realECU－实际ECU，enginemodel－发动机模型☆HIL的优点HIL仿真最显著的优点是可以对实际情况进行模拟，而不会产生实际危险。例如，它可以对自动导航装置进行全面测试，而不会让价值2亿美元的飞机承担任何风险。此外，HIL仿真还有其它许多优点，利用HIL您可以在真实世界中不能实现的极端条件下对控制装置进行测试。即使在炎热的夏季，您也可以为车辆测试模

7、拟出冬季的路面条件。您可以在极端条件下测试控制装置－在理论上汽车可以达到的最高行驶速度下进行测试。HIL还可以帮助您找出控制装置中的不足，即使它们只在特定情况下发生。利用HIL可以将输出作为现有输入以及过去输入的函数进行计算，运用HIL可以在整个系统未准备好的条件下对硬件子系统进行测试，使得测试成为开发流程（从设计直到运行）的一个有效组成部分。HIL可帮助您在有充分证据的条件下对特殊的设计替代方案作出早期决策，这样控制器在将来客户的应用环境中就能有效运行。功能强大的高逼真度HIL实时仿真不仅通过缩短开发周期加快了产品上市时间，还由于测试期间无需使用实际硬件而降低