HIL-Simulation (Hardware-in-the-Loop)

Testen von Reglerdesigns ohne Hardware-Prototypen

Die HIL-Simulation (Hardware-in-the-Loop) ist eine Technik für die Validierung Ihres Regelungsalgorithmus, der auf einem bestimmten Zielregler ausgeführt werden soll, indem eine virtuelle Echtzeitumgebung erstellt wird, die das zu regelnde physische System darstellt. Mit HIL können Sie das Verhalten Ihrer Regelungsalgorithmen ohne physische Prototypen testen.

Wie funktioniert die HIL-Simulation?

  1. Sie erstellen und simulieren eine virtuelle Echtzeitimplementierung physischer Komponenten – etwa eine Produktionsanlage mit Sensoren und Stellgliedern – auf einem Zielcomputer.
  2. Sie führen den Regelungsalgorithmus auf einem Embedded Controller aus und führen das Modell der Anlage oder der Umgebung in Echtzeit auf einem Zielcomputer aus, der mit dem Regler verbunden ist. Der Embedded Controller interagiert über mehrere E/A-Kanäle mit der Anlagenmodellsimulation.
  3. Sie verfeinern Softwaredarstellungen Ihrer Komponenten und ersetzen nach und nach Teile der Systemumgebung durch die tatsächlichen Hardwarekomponenten.

Mit diesem Ansatz kann die HIL-Simulation teure Iterationen bei der Hardwareherstellung vermeiden.

Einrichtung einer HIL-Simulation (Hardware-in-the-Loop): Das Blockdiagramm zeigt eine HIL-Simulation, in der die zu testende Hardware ein Embedded Controller und das Anlagenmodell eine Darstellung eines physischen Systems ist.

Wo werden HIL-Simulationen verwendet?

HIL-Simulationen sind besonders nützlich, wenn Tests Ihres Regelungsalgorithmus auf dem realen physischen System teuer oder gefährlich wären. HIL-Simulationen werden in der Automobilindustrie, der Luft-/Raumfahrt und Verteidigung sowie im Bereich Industrieautomatisierung und Maschinenbau häufig genutzt, um Embedded Designs zu testen. HIL wird außerdem auch für Medizinprodukte, Kommunikation, Halbleiter und in weiteren Branchen eingesetzt.

Beispiele für häufig genutzte HIL-Simulationen sind:

  • Luft-/Raumfahrt und Verteidigung: Flugsimulatoren und Flugdynamikregelung, wo es zu komplex wäre, den Regelungsalgorithmus am tatsächlichen Fluggerät zu testen
  • Automobilindustrie: Fahrzeugdynamik und -steuerung, wo es nicht sinnvoll wäre, die Funktionalität schon in den Anfangsphasen im Straßenverkehr zu testen
  • Industrieautomatisierung: Anlagenregelungstests, wenn es hohe Ressourcenkosten und geschäftliche Verluste bedeuten würde, die Produktion oder Montagestraße anzuhalten, um Regelungsalgorithmen zu testen

HIL-Simulation mit MATLAB und Simulink

Sie können Simulink Real-Time™ und Speedgoat-Zielhardware verwenden, um Echtzeit-Simulationen und -Tests durchzuführen. Ingenieure können mit einer Desktop-Simulation mit MATLAB® und Simulink® beginnen und dann die Echtzeitanwendung entwerfen, erstellen und testen. Mit Simscape™ können Sie physische Modelle Ihrer Anlage erstellen und dann eine HIL-Simulation mit Simulink Real-Time und Speedgoat-Zielhardware durchführen.

 

Vollständige Speedgoat-Rack-Einrichtung: Diese Einrichtung wurde verwendet, um das Testen von Traktorsteuergeräten mit HIL-Test-Benches zu automatisieren.

Siehe auch: Echtzeit-Simulation, Physikalische Modellierung, Rapid Prototyping, Embedded Code Generierung