"Hardware-in-the-Loop"-Simulation mit Simulink

"Hardware-in-the-Loop"-Simulation:
- Zielsystem: Embedded Controller + Hardware
- mit direktem Anschluss des Simulationssystems
- Arbeitsweise
  - Controller und Hardware in Simulink modellieren
  - Hardware-Submodell durch Ein-/Ausgänge des Controllers ersetzen
  - automatisch (mit Real Time Workshop) übersetzen
  - zum Microcontroller downloaden
  - an Hardware testen
FHWT-Beispielsystem "magnetische Schwebevorrichtung"
- Hardware = Magnetic Levitation Apparatus Model 730-T (MLA) der Firma ECP.
  - zwei Eingänge (Magnetstrom oben/unten)
  - vier Ausgänge (Abstandsmessung oben/unten, Spulentemperatur oben/unten)
- Controller = einfacher PC ohne Festplatte
  - mit Mini-Echtzeit-Betriebssystem xPC-Target von Mathworks
  - Anschlüsse zu beliebiger Hardware durch I/O-Karte PCI-6025E von National Instruments
  - Verbindung zu PC mit Simulink-Modell über LAN
- Gesamtkonfiguration
  - zusätzlich Adapterbox für die I/O-Karte und Controllerbox für die MLA
Vorbereitungen:
- bei Matlab-Netzwerk-Installation auf jedem PC in Matlab eingeben
  - xpc_register_ocx
  - als Windows-Administrator
  - XPC-Target-Rechner muss gebootet sein
- Konfiguration mit xPC-Target-Explorer
  - im Matlab-Fenster starten mit
  - xpcexplr
- Compiler und Pfad auswählen unter Host PC Root/Compiler(s) Configuration
- Netzwerk-Konfiguration unter TargetPC1/Configuration/Communication
- Boot-Disk für Target-PC erstellen
  - TargetPC1/Configuration/Create Bootdisk
- TargetPC testen
  - mit Boot-Disk booten
  - xpctest im Matlab-Command-Window eingeben
  - legt viele Dateien im aktuellen Verzeichnis an!
Modell für xPCTarget aufbereiten:
- einfaches Modell xpc_osc für Target-PC, ohne I/O
- benutzt Fixed-Step-Solver (z. B. ode4)
- xPC-Scope's einbauen
  - aus Bibliothek xPC Target/Misc/Scope (xPC)
  - Scope Type: target → wird auf Bildschirm des Target-Rechners angezeigt
- Modell normal unter Simulink laufen lassen
  - Menü Simulation/Normal auswählen
  - Ergebnis
- RTW Configuration überprüfen
  - System target file = xpctarget.tlc
- Modell übersetzen mit
  - Tools/RTW/Build Model
  - lädt sofort zum Target-PC
- Modell explizit laden mit
  - load(tg, 'xpc_osc');
Modell ausführen:
- im xPC-Target-Explorer
  - Target PC1/Context-Menü/Connect
  - xpc_osc/Context-Menü/Start (bzw. Name der Applikation)
- dort auch Stop time oder Sample Time ändern, starten und stoppen
- von Simulink aus
  - Simulation/External
  - Simulation/Connect to Target
  - Simulation/Start Real Time Code → läuft
  - viele Simulink-Parameter in den Blöcken veränderbar (z. B. Nenner der Transfer Fcn)
  - laufende Simulation beenden mit Simulation/Stop Real Time Code
- Target-Schirm auf dem Host ansehen mit
  - xpctargetspy
Modell mit I/O-Karte:
- Beispielmodell ioboard_test
- Anschlüsse:
  - Blöcke aus den Bibliotheken xPCTarget/ A/D / National Instruments bzw. xPCTarget/ D/A / National Instruments
  - analoge Inputs K00 .. K15 der Karte → Channel-Vector-Werte 1 .. 16 im Input-Block
  - analoge Outputs DA0/DA1der Karte → Channel-Vector-Werte 1/2 im Output-Block
- Output funktioniert einfach
  - Signalwert → Spannung in V
  - größere/kleinere Werte werden gegen +10/-10 V geclipt
  - im Target-Scope wird das Simulink-Signal angezeigt (also ungeclippt!)
  - Achtung: max. Dauerwert ±3 V (vgl. Handbuch MLA)
- Input auch einfach
  - Vektoren immer mit einem Wert pro Kanal
  - Range: Codes für Werte -10/-5/-0.5/-0.05, jeweils symmetrisch
  - Input coupling: 0 klappt eim besten (?)
- Ergebnis
- Vorsicht beim Ausschalten
  - Signal im Magnet springt auf 0 → Magnet fällt herunter!
  - am einfachsten: anhalten, wenn Magnet unten ist
  - besser: Submodell zum langsamen Herunterfahren
Daten eines Modelllaufs in Matlab auswerten:
- Output-Ports im Simulink-Modell
- ggf. Größe der Buffer anpassen
  - Simulation/Config.Parameters/RTW/xPC Target Options/Signal logging data buffer size
- laufen lassen
- ansehen mit
  - plot(tg.TimeLog,tg.Outputlog)
- oder schöner mit
  - ```
  >> laser1 = 7 - tg.OutputLog(:,1);
  >> laser2 = tg.OutputLog(:,2);
  >> t = tg.TimeLog;
  >> plot(t, laser1, t, laser2);
```