Anbindung realer Strecken an Matlab/Simulink

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1 Anbindung realer Strecken an Matlab/Simulink Dipl.-Ing. Mark Müller 1 Inhalt 1. Einführung 2. Konzept des "Hardware-in-the-Loop" 3. Der Real Time Workshop 4. Beispiel: Durchflussregelung 5. Beispiel für den industriellen Einsatz 6. Beispiel Steuergeräteentwicklung mit dspace 2

2 1. Einführung Vorgehensweise beim Reglerentwurf mit CAE-Tools: 1. Modellieren des Systems im CAE-Werkzeug: - Theoretische Modellbildung - Identifikation (Plotterschrieb, an einer Anlage gemessene Daten) 2. Simulation der Strecke + Untersuchung der Dynamik - Sprungantwort - Frequenzkennlinie 3. Reglerentwurf - PID-Regler - Zustandsregler mit Zustandsbeobachter - Fuzzy-Regler - Iterativ lernender Regler, Einführung Vorgehensweise beim Reglerentwurf mit CAE-Tools: 4. Untersuchungen am geschlossenen Regelkreis - Stabilität - Dynamik - Robustheit 5. Implementierung des Reglers an der Anlage - Parametrierung eines PID-Kompaktreglers - Schreiben eines C-Echtzeit-Programms 4

3 1. Einführung Nachteile der beschriebenen Vorgehensweise Aufwendiges Portieren des Reglers auf Zielhardware erforderlich Echtzeitverarbeitung, Integrationsalgorithmus, I/O Behandlung muss selbst programmiert werden keine direkte Verbindung vom CAE-Tool zum System keine einheitliche Entwicklungsumgebung Lösungsansatz Erzeugen von echtzeitfähigem C-Code aus dem Strukturbild Einbinden von Blöcken für die Ein- und Ausgabe von analogen und digitalen Werten Konzept des HiL technischer Prozeß 4. Applikation: Laboraufbau & Prüfstand Laborrechner Messung Transfer 1. Theoretische Analyse & Modellbildung Geschlossene Entwicklungsumgebung 3. Auto-Code Erzeugung: C Analyse Synthese MATLAB/ Simulink 2. Reglerentwurf & Simulation Regelalgorithmus 6

4 3. Der RealTime-Workshop Ermöglicht die automatische Generierung von C- Code aus Simulink-Strukturbildern Blockbibliothek für I/O-Karten Wahlweise Echtzeit- oder Nicht-Echtzeit-Code Mit C-Compiler werden lauffähige DOS-Programme (.exe) direkt erzeugt. Es können keine selbstgeschriebenen M-Files umgesetzt werden ( Matlab-Compiler) Verläufe aus Scopes werden in Datei gespeichert. Mit Zusatztool "PCMON" ist Grafikausgabe im Echtzeitbetrieb möglich Der RealTime-Workshop Einstellungen für den Compiliervorgang. Integrationsverfahren Auswahl der Daten, die aufgezeichnet werden sollen. Einstellung der Optionen für Echtzeitprogramme 8

5 3. Der RealTime-Workshop Es gibt Blöcke zur Ansteuerung der I/O-Hardware (vorgefertigte Treiber) 9 4. Beispiel für den industriellen Einsatz Karten der Firma dspace - Algorithmus läuft auf eigenem Prozessor (Signalprozessor, 300 MHz DEC alpha) - Abtastraten bis 400 khz - Entwicklung mit Hilfe von Matlab/Simulink und RTW 10

6 Beispiel: Verfahrenstechnische Anlage, Durchflussstrecke Referent: Dipl.-Ing. Mark Müller Referent: Dipl.-Ing. Mark Müller 11 12

7 6. Steuergeräteentwicklung dspace : Steuergeräte-Entwicklung in Automobiltechnik und Mechatronik Reglerentwurf mit Matlab/Simulink/Stateflow Prototyper: automatische Implementierung auf dspace-ecu TargetLink: Automatische Seriencode-Generierung für eigene ECU HiL-Simulator weniger Prototypen und Testfahrten Steuergeräteentwicklung PC-Einsteckkarten Panels für Single-Board-Hardware dspace ECU Autobox HiL-Simulator 14