Rapid-Control-Prototyping und Hardware-in- the-Loop ... · PDF fileSimulink RTW xPC Target Compiler ... Visual Basic Altia Labview Any software which can use a DLL MEX-wrapper for

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Rapid-Control-Prototyping und Hardware-in-the-Loop Simulationen mit xPC Target und

xPCLabDesk/LabVIEWN. Bajcinca

Institut für Robotik und MechatronikDLR, Oberpfaffenhofen

NI Automotive-TechnologietagMai 2004, München

RapidRapid--ControlControl--PrototypingPrototyping und Hardwareund Hardware--inin--thethe--LoopLoop Simulationen mit Simulationen mit xPCxPC TargetTarget und und xPCLabDeskxPCLabDesk//LabVIEWLabVIEWN. Bajcinca N. Bajcinca –– 21. April 200421. April 2004

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Übersicht

xPCTarget TechnologieNeues HMI Werkzeug: xPCLabDeskSoftwarearchitektur von xPCLabDeskEntwurfsprozess einer HMIxPCLabDesk BeispieleAusblick


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xPC-Technologie: Konfiguration

Ethernet or serial cable

MathWorks Tools hosted hereMATLABSimulinkRTWxPC Target

Compiler

xPC Target PCCustomer ApplicationxPC Target Runtime


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xPC-Technologie: Host, Target

Host Host computercomputer

PC (desktop PC (desktop oderoder laptop) laptop) unterunter WIN32 BSWIN32 BS

MATLAB/MATLAB/Simulink EntwicklungsumgebungSimulink Entwicklungsumgebung

Host hat Host hat benötigt keine speziellebenötigt keine spezielle EchtzeitwerkzeugeEchtzeitwerkzeuge, also , also standard PCstandard PC

Target computerTarget computer

PCPC--kompatibles kompatibles System: System: desktop, PXI, PC/104(+)desktop, PXI, PC/104(+), , SBCSBC, , CompactPCICompactPCI

Optimiertes EchtzeitOptimiertes Echtzeit--BetriebssystemBetriebssystem

GroßeGroße I/OI/O--KartenauswahlKartenauswahl (>150)(>150)


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xPC-Technologie: xPC TargetBox

EigenschaftenEigenschaften

SchnellesSchnelles BootenBooten, ca 2 , ca 2 secssecs..

BootenBooten vomvom FlashFlash--Disk Disk oderoder StandStand--Alone Alone AnwendungAnwendung

Kompaktes SytemKompaktes Sytem –– keinerkeiner KühlungKühlung oderoder beweglichebewegliche TeileTeile

GrößeGröße: 270 mm x 162 mm x 82 mm: 270 mm x 162 mm x 82 mm

Interne Interne StromversorgungStromversorgung —— Onboard Onboard StromversorgungStromversorgung DC: 8 DC: 8 -- 28 volts.28 volts.


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xPC-Technologie: Schnittstellen zu xPC Target

Windows OS

MATLAB

Hos

t

RS232 and Windows TCP/IP Sockets (WIN32- API)

xPC Target C-API (DLL)

Development environments, stand-alone applications

Vis

ual C

/C++

, ...

Vis

ual B

asic

Lab

view

Alti

a

Any

softw

are

whi

ch c

an u

se a

D

LL MEX-wrapper for C-API

MATLABApps

HG

GU

I

Java

SimulinkTo and From blocks

SimulinkApps

DnG

VR

Alti

a

...

xPC

Tar

get A

pp

Keyboard &

Mouse

Com

mand Line Interface

Targ

et


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xPC-Technologie: HMI Erfahrungen

DialsDials--andand--GaugesGaugesSimulinkSimulink ExternalExternal--ModeMode

++ VollstVollstäändige Bibliothek von HMI Steuerndige Bibliothek von HMI Steuer-- und und AnzeigekomponentenAnzeigekomponenten

-- Begrenzte benutzergerechte Handhabung

++ Akzeptable Umgebung mit einem Akzeptable Umgebung mit einem TargetTargetMonitor fMonitor füür einfachere HMI Anforderungenr einfachere HMI Anforderungen

++ Direkter Zugriff auf Signale und ParameterDirekter Zugriff auf Signale und Parameter

++ Zugriff auf vollstZugriff auf vollstäändige MATLAB ndige MATLAB FunktionalitFunktionalitäät t

++ Schnelle erste TestsSchnelle erste Tests

-- Nicht geeignet fNicht geeignet füür komplexere HMI r komplexere HMI Anforderungen

Begrenzte benutzergerechte Handhabung

Anforderungen


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xPC-Technologie: HMI Erfahrungen

MATLAB MATLAB GUIsGUIs

++ VollstVollstäändige MATLAB/ndige MATLAB/SimulinkSimulinkFunktionalitFunktionalitäätt

-- Komplexer und zeitaufwKomplexer und zeitaufwäändiger ndiger Aufbau einer HMIAufbau einer HMI

- Begrenzter Satz von Steuer- und Anzeigekkomponenten

- Nicht geeignet für Echtzeitanwendungen


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xPC-Technologie: Also ...

Our current approach is not to force theuser to be dependent on a certain HMI development tool. OK, one could say, thatwe have this approach because we don'thave a good HMI tool on our own ;-)

...

For the future we plan to offer even moreconvenient API interfaces.

...

I cannot promise that we will ever releasean HMI tool like ControlDesk on our own. The development effort is huge and time would have to be diverted from kernel and driver development.

… ein neues Tool … ein neues Tool wird gebrauchtwird gebraucht

Mitte, 2002


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xPCLabDesk: Features

FeaturesFeatures

verwendet die offene verwendet die offene xPCxPC API Schnittstelle (API Schnittstelle (üüber 90 Funktionen) von ber 90 Funktionen) von TheMathworks TheMathworks

eine intuitive Entwurfsumgebungeine intuitive Entwurfsumgebung

schnelle Anpassung der schnelle Anpassung der TemplateTemplate xLDxLD--AnwendungAnwendung

Parameteranpassung, und Parameteranpassung, und ––monitoringmonitoring, ,

Signalerfassung und Signalerfassung und --visualisierungvisualisierung, ,

DataData--LoggingLogging

der Benutzer sieht nur 3 (von über 300) identisch programmierbarder Benutzer sieht nur 3 (von über 300) identisch programmierbare e SubVIs SubVIs

Zwei Versionen Zwei Versionen

xPCLabDeskxPCLabDesk DeveloperDeveloper zum entwickeln von einem UI in zum entwickeln von einem UI in LabVIEWLabVIEW

RunRun--Time Time xPCLabDeskxPCLabDesk zur Benutzung einer fertigen zur Benutzung einer fertigen xLDxLD Anwendung ohne Anwendung ohne LabVIEWLabVIEW


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xPCLabDesk: Warum LabVIEW?

LabVIEWLabVIEW ist …ist …

extrem mextrem määchtige Umgebung zur Erstellung von UI (User Interfaces)chtige Umgebung zur Erstellung von UI (User Interfaces)

StateState--ofof--thethe--Art graphische ProgrammierspracheArt graphische Programmiersprache

sehr verbreitet und etabliertes Werkzeug in der Industrie und Hsehr verbreitet und etabliertes Werkzeug in der Industrie und Hochschulen ochschulen

intuitiv und einfach zu bedienen intuitiv und einfach zu bedienen

vollständige vollständige TestStandTestStand und und DIAdemDIAdem Funktionalität Funktionalität

……

…… und schlieund schließßlich,lich, passt in die Grundphilosophie von passt in die Grundphilosophie von xPCxPC TargetTarget, n, näämlich Aufbau mlich Aufbau einer Echtzeitsimulationsumgebung auf Basis unabheiner Echtzeitsimulationsumgebung auf Basis unabhäängiger Softngiger Soft-- und und HardwaretechnoologienHardwaretechnoologien


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xPCLabDesk: Illustrationsbeispiel

xLDxLD DeveloperDeveloper

xLDxLD PanelPanel

xLDxLD AnwendungAnwendung


13

xPCLabDesk: Softwarearchitektur

xLDxLD PanelPanel

xLDxLD DeveloperDeveloper

LoaderLoader

xLDxLD AnwendungAnwendung

KomponentenKomponenten


14

xPCLabDesk: xLD Panel

FunktionenFunktionen

EchtzeitEchtzeit--AnwendungAnwendungxLDxLD AnAnwendungenwendungen

Erstellung Erstellung

VerwaltungVerwaltung

EchtzeitEchtzeitanwendunganwendungStatus Status MonitoringMonitoring

Laden/EntladenLaden/Entladen

Starten/StoppenStarten/Stoppen

TargetTarget--RechnerRechnerStatus Status MonitoringMonitoring

Verbinden/TrennenVerbinden/Trennen

Booten/Booten/PingPing

SimulinkSimulink ModellModell

Änderungsupdate

AusführungsAusführungs--ZeitZeitStart Start

StopStop

TargetTargetVerbindungVerbindung

TargetTargetgeladen?geladen?

LoggingLoggingStatusStatus

Änderungsupdate


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xPCLabDesk: xLD Developer

FunktionenFunktionen

Parameter SetupParameter Setup

Signal SetupSignal Setup

ScopeScope SetupSetup

Data LoggingData Logging


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Entwurfsprozess: Erstellung neuer Anwendung

xLDxLD TemplateTemplate

xLDxLD Projekt:Projekt:

-- xLDxLD Anwendung VI,Anwendung VI,

-- xLDxLD Treiber,Treiber,

-- LDK BrowsersLDK Browsers

>> xPCxPC Parameter DateiParameter Datei

>> xPCxPC Signal DateiSignal Datei

>> xPCxPC DLM AnwendungDLM Anwendung


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Entwurfsprozess: xLD Treiber

xLD xLD Treiber fürTreiber für

Parameter Tuning/Parameter Tuning/MonitoringMonitoring ((SkalarSkalar, Array), Array)

Signal Signal Monitoring Monitoring ((SkalarSkalar, Array), Array)

ScopesScopes

Parameter Parameter ArrayArray

TunerTuner

TargetTargetPortPort

ParameterParameter


18

Entwurfsprozess: Parameter Tuning

>> EinfEinfüügung des Parameters gung des Parameters üüber den Browserber den Browser

>> Den Parameter mit einem Den Parameter mit einem entsprechenden entsprechenden xLDxLDNamen Namen bennenen bennenen

>> UpdatenUpdaten


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Entwurfsprozess: Parameter Tuning

ProgrammierungProgrammierung

>> Im BlockIm Block--Diagram die Diagram die entsprechende Steuerkomponente entsprechende Steuerkomponente mit dem mit dem xLDxLD Treiber bindenTreiber binden


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Entwurfsprozess: Signal Monitoring

>> EinfEinfüügung des Signals gung des Signals üüber ber den Browserden Browser

>> Den Signal mit einem Den Signal mit einem entsprechenden entsprechenden xLDxLDNamen Namen bennenen bennenen

>> UpdatenUpdaten


21

Entwurfsprozess: Signal Monitoring


>> Im BlockIm Block--Diagram die Diagram die entsprechende Anzeigekomponente entsprechende Anzeigekomponente mit dem mit dem xLDxLD Treiber bindenTreiber binden


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Entwurfsprozess: Signal Tracing

>> EinfEinfüügung des gung des ScopesScopes

>> Den Den ScopeScope mit einem mit einem entsprechenden entsprechenden xLDxLDNamen Namen bennenen bennenen

>> ParametereinstellenParametereinstellen

>> UpdatenUpdaten


23

Entwurfsprozess: Signal Tracing


>> Im BlockIm Block--Diagram den Diagram den entsprechenden Graph mit dem entsprechenden Graph mit dem xLDxLD Treiber bindenTreiber binden


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Entwurfsprozess: Data Logging

LoggingLoggingStatusStatus

SchritteSchritte>> AufzeichnungsAufzeichnungs--Einstellungen Einstellungen

festlegenfestlegen

>> Signale hinzufSignale hinzufüügengen

>> Aufzeichnung startenAufzeichnung starten

>> Daten abspeichernDaten abspeichern


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Beispiele: Rapid-Control-Prototyping

Veh

icle

Vis

ualiz

atio

nD

ata

Rapid Rapid ControlControlPrototypingPrototyping SetupSetup

1. Schritt:1. Schritt:

LenkradaktuatorLenkradaktuator (SWA) (SWA) im geschlossenen im geschlossenen RegelkreisRegelkreis

Steering Wheel Actuator (SWA)

SbW ControllerForce-Feedback Control

Steering System Dynamicsve-DYNA Vehicle(Target Processor

AMD Athlon)

SWA ForceSWA Force--FeedbackFeedback

LenkwinkelLenkwinkel


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Beispiele: Rapid-Control-Prototyping

VorderradaktuatorBürstenloser DC-Motor mit

DLR PWG-Spindel

Fahr

zeug

Visu

alis

ieru

ngsd

aten

FWA Le

nkkra

ft / -p

ositio

n

Spurst

ange

npos

ition /

-kraf

t

Lenkradposition

SWA Force Feedback

Rad-Straße Interaktion

Spurstangenposition

Steering Wheel Actuator

Videoclip

Rapid Rapid ControlControlPrototypingPrototyping SetupSetup

SteerSteer--byby--WireWire SetupSetup

SbW ControllerTarget Processor

AMD Athlon

ve-DYNA Target Processor

AMD Athlon


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Beispiele: ve-DYNA Cockpit HMI


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Beispiele: Steer-by-Wire HMI


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Ausblick

Erweiterung des xPCLabDesk auf „xLabDesk“: Unterstützung anderer Echtzeitplatformen (dSPACE, OPAL, ...)

Integration TestStand, Simulation Interface Toolkit…

Documents

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