1CAE-Seminar Lehrstuhl für Regelungstechnik und Signaltheorie16. –18.02.2004 Referent: Dipl.-Ing. Mark Müller

Anbindung realer Strecken an Matlab/Simulink

Dipl.-Ing. Mark Müller

Lehrstuhl für Regelungstechnik und Signaltheorie

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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

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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, ...

1. Einführung

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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

1. Einführung

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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.

1. Einführung

2. Konzept des HiL

4. Applikation:Laboraufbau

&Prüfstand

1. TheoretischeAnalyse

&Modellbildung

2. Regler-entwurf

&Simulation

3. Auto-CodeErzeugung:

C

technischerProzeß

MATLAB/Simulink

Analyse

Regelalgo-rithmus

Synthese

Labor-rechner

TransferMessung

GeschlosseneEntwicklungs-

umgebung

6

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• 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.

3. Der RealTime-Workshop

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3. Der RealTime-Workshop

Einstellungenfür den Com-piliervorgang.

Auswahl derDaten, dieaufgezeichnet werden sollen.

Integrations-verfahren

Einstellung der Optionen für Echtzeit-programme

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3. Der RealTime-Workshop

Es gibt Blöcke zur Ansteuerung der I/O-Hardware (vorgefertigte Treiber)

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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

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Beispiel:Verfahrens-technische Anlage,Durchflussstrecke

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6. Steuergeräteentwicklung

• Reglerentwurf mit Matlab/Simulink/Stateflow

• Prototyper: automatische Implementierung aufdSPACE-ECU

• TargetLink: Automatische Seriencode-Generierung für eigene ECU

• HiL-Simulator weniger Prototypen und Testfahrten

dSPACE : Steuergeräte-Entwicklung in Automobiltechnik und Mechatronik

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6. Steuergeräteentwicklung

• PC-Einsteckkarten

• Panels für Single-Board-Hardware

• dSPACE ECU

• Autobox

• HiL-Simulator