Программно-аппаратное моделирование
HIL в аэрокосмической отрасли

Что такое HIL

   Hardware-in-the-Loop, или Программно-аппаратное моделирование – это подход к испытанию программного обеспечения электронных систем с помощью подключения их к имитатору смежных систем или окружения.
    Например, для отработки алгоритмов системы выпуска шасси к блоку управления подключается специальный компьютер с точной программной моделью шасси и точной имитацией сигналов от шасси. Для блока управления это выглядит как штатная работа с реальным агрегатом.

  HIL для устройства – это как летный тренажер для пилота. HIL подменяет сигналы, обманывая ”органы чувств”, обучает и испытывает ”навыки”, алгоритмы и сценарии.
  Все системы взаимодействуют реальными сигналами и в реальном масштабе времени. Сегодня так создаются имитаторы блоков и объектов управления, датчиков, окружающей среды, смежных систем и контроллеров, системы целиком. Испытываются блоки управления, гидравлические и электрические приводы, системы связи и навигации, радары, системы автопилота и др.

HIL и макетирование в НИОКР

    HIL также применяется для макетирования изделия. Макет моделирует и ”имитирует” поведение самого изделия (которое еще только начинают разрабатывать) при взаимодействии с окружением. Система HIL имитирует окружение изделия.

    HIL-имитаторы могут быть задействованы с обеих сторон, что позволяет плавно, по мере готовности изделий и алгоритмов, переходить от двустороннего моделирования к испытанию реальных систем.

Испытания раньше, безопаснее, дешевле

   HIL-испытания начинаются задолго до готовности изделия, смежных систем или полигона. Заранее, в лабораторных условиях можно увидеть поведение системы и лучше подготовиться к натурным испытаниям. В режиме HIL за короткое время проводят тысячи полунатурных тестов, – не подвергая опасности людей и оборудование.

HIL для отладки и доработки ПО

  Результаты экспериментов HIL служат обратной связью разработчикам встраиваемого ПО, помогают внедрять, исправлять и улучшать смелые инновации. HIL помогает воспроизвести эксперимент, проверить гипотезы, набрать статистику. При этом, в отличие от компьютерной симуляции, работа ведется с реальными устройствами и сигналами, – и в реальном времени.

Платформа HIL National Instruments

   Платформа National Instruments основана на более чем 40-летнем опыте автоматизированных измерений и тестирования новейших электронных устройств, электромеханических систем, систем автоматического управления, стендовых испытаний и научных экспериментов.
   Платформа собрала лучшие практики решения задач в авиации и космосе, энергетике, автомобилестроении, судостроении, железнодорожном транспорте, медицинском приборостроении, ядерной физике. Сегодня это образец цельной, и при этом открытой и динамично развивающейся платформы для ответа новым инженерным вызовам.

   Типовая система HIL включает объект испытаний, оборудование сбора данных и программную модель, которая принимает, обрабатывает и выдает сигналы, имитируя реальные сценарии.
   Исполнение модели должно происходить в режиме жесткого реального времени, что в современных устройствах означает масштаб времени и задержки в единицы микросекунд. В основе оборудования для программно-аппаратного моделирования лежат процессоры реального времени и ПЛИС, а также специальное ПО, такое как NI VeriStand.
   Оборудование сбора данных, как правило, включает также специальные решения для коммутации и согласования сигналов и дополнительные устройтва. Так, типично использование внешних мощных усилителей, имитаторов нагрузки, устройств имитации обрыва и внесения других неисправностей.
  Оснастка или кабельные решения для удобных и надежных подключений занимают особое место в крупных системах, рассчитанных на испытания разных блоков.
 ПО автоматизации испытаний, анализа и хранения результатов, специальные протоколы связи, нагрузки, имитацию неисправностей и др. дополнняют функционал системы.

NI PXI и NI CompactRIO

  NI PXI и NI CompactRIO – это модульные системы контрольно-измерительного оборудования с ПЛИС под управлением операционной системы реального времени или Windows. Приборы и устройства этих форматов обеспечивают работу с тысячами сигналов и датчиков и выступают как измерительными комплексами, так и имитаторами систем в реальном времени.
    Как правило, состав системы подбирается из готовых модулей.

NI SLSC

  NI SLSC (Switch, Load, and Signal Conditioning) – это модульная система согласования сигналов, разработанная специально для задач HIL и открытая для пользователя. SLSC позволяет расширить диапазоны сигналов PXI и CompactRIO, добавить необходимое специальное согласование, и при этом сохранить лаконичность и модульность системы.

NI HIL Simulator

  Системы NI HIL Simulator – это шаблоны систем для типовых HIL-задач, пред-сконфигурированные на основе лучших практик в отрасли. Такие комплексы уже содержат необходимые инфраструктурные и системные элементы, и сохраняют гибкость и открытость для пользователя.

NI VeriStand – ядро ПО для HIL

   NI VeriStand – это программный пакет для испытаний в реальном времени. VeriStand предоставляет среду для исполнения моделей и управления ими, формирования входных сигналов, сбора, обработки и сохранения данных.

  VeriStand облегчает задачи, связанные с HIL. Так, переход от программного моделирования к реальным каналам ввода-вывода происходит путем изменения нескольких настроек каналов.
  Архитектура VeriStand разделяет движок реального времени и АРМ оператора, обеспечивая как детерминизм исполнения, так и настройку интерфейса и ПО организации испытаний во время работы.

  VeriStand поддерживает различные модели, включая AMESim, NI MATRIXx SystemBuild, Dymola, MapleSim, ITI SimulationX, и допускает расширение возможностей с LabVIEW, ANSI C/C++, ASAM XIL и др.

Продукты The MathWorks

  Открытость платформы National Instruments, её гибкость позволяют выбирать программные пакеты, необходимые для наилучшего решения задачи. Модели, созданные в MathWorks Simulink, Simscape и StateFlow, легко интегрируются в VeriStand для исполнения в режиме HIL на оборудовании National Instruments или совместного параллельного исполнения.
  National Instruments и The MathWorks Inc. активно сотрудничают для обеспечения пользователей лучшими инструментами программно-аппаратного моделирования.

Программирование ПЛИС и Real-Time

   Среда графического программирования для инженеров и ученых LabVIEW делает проще решение любых задач, связанные с измерениями, сбором данных и испытаниями. Управление оборудованием National Instruments чаще всего программируют именно в LabVIEW.
  Модули LabVIEW Real-Time и LabVIEW FPGA позволяют легко программировать контроллеры реального времени и устройства с ПЛИС, без сложностей таких традиционных инструментов как VHDL и Verilog. Пакеты LabVIEW Control Design and Simulation Module и Model Interface Toolkit облегчают создание моделей и интеграцию сторонних моделей.

Анализ данных в DIAdem

   DIAdem помогает хранить, искать, визуализировать и анализировать большие объемы данных измерений и моделирования, получаемых в ходе испытаний, – как в составе интерфейса VeriStand, так и в отдельном приложении.

Испытания с NI TestStand

Среда управления испытаниями NI TestStand позволяет организовать последовательное и условное исполнение тестов и сценариев, сохранение результатов и отчетов и другие неспецифические задачи тестирования.

Авто

You are using the BNS Add Widget plugin. Thank You!