Grundlagen der Hardware-in-the-Loop-Simulation
Die Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL) ist eine Art Echtzeitsimulation. Sie verwenden die HIL-Simulation, um den Aufbau Ihres Regelungssystems zu testen. Die HIL-Simulation veranschaulicht, wie Ihr Regelungssystem in Echtzeit auf realistische virtuelle Stimuli reagiert. Sie können die HIL-Simulation auch verwenden, um festzustellen, ob das Modell Ihres physikalischen Systems (Regelstreckenmodell) zulässig ist.
Für die HIL-Simulation verwenden Sie einen Echtzeitcomputer als virtuelle Darstellung Ihres Regelstreckenmodells und eine reale Version Ihres Regelungssystems. Die Abbildung zeigt einen typischen Aufbau für HIL-Simulationen. Auf dem Desktop-Computer (Entwicklungshardware) befindet sich das echtzeitfähige Modell des Regelungssystems und der Regelstrecke. Die Entwicklungshardware umfasst auch eine Schnittstelle, über die Sie die virtuellen Eingänge für die Regelstrecke kontrollieren können. Die Regelungssystemhardware umfasst die Regelungssystemsoftware, die aus dem Regelungssystemmodell generiert wird. Der Echtzeitprozessor (Zielhardware) enthält Code für das physikalische System, der aus dem Regelstreckenmodell generiert wird.
Wann sollte die Hardware-in-the-Loop-Simulation verwendet werden?
Sie verwenden HIL-Simulationen, um beim Model-Based Design (MBD) den Aufbau Ihres Regelungssystems zu testen. Die Abbildung zeigt, wo HIL-Simulationen in den MBD-Workflow von der Entwicklung zur Realisierung integriert werden können.
Bei der Validierung wird Ihr Regelungssystem mithilfe tatsächlicher Regelstreckenhardware in Situationen aus der Praxis oder in Umgebungsnachbildungen (z. B. einer Druckkammer) getestet. In HIL-Simulationen müssen Sie keine echte Hardware für Ihr physikalisches System (Regelstrecke) verwenden. Sie müssen sich auch nicht auf eine naturalistische oder umweltbezogene Testanordnung verlassen. Mit HIL-Simulationen können Sie Ihr Modell zur Darstellung der Regelstrecke verwenden, was Vorteile in Bezug auf Kosten und Anwendbarkeit bietet.
HIL-Simulationen sorgen in mehreren Bereichen für Kosteneinsparungen im Vergleich zu Validierungstests. HIL-Simulationen sind in der Regel kostengünstiger, wenn es um Änderungen am Aufbau geht. Sie können HIL-Simulationen im MBD-Workflow vor der Validierung ausführen, sodass Sie Probleme relativ früh im Projekt erkennen und das Projekt entsprechend neu entwickeln können. Diese frühzeitige Problemerkennung bietet folgende Vorteile:
Ihr Team wird Änderungen eher zustimmen.
Änderungen am Aufbau lassen sich kostengünstiger umsetzen.
Im Hinblick auf die Planung sind HIL-Simulationen kostengünstiger und praktischer als die Validierung, da diese so eingerichtet werden können, dass sie eigenständig ausgeführt werden.
Zum Prüfen der Reaktion Ihres Regelungssystems auf ungewöhnliche Ereignisse sind HIL-Simulationen praktikabler als eine Validierung. Beispielsweise können Sie extreme Wetterbedingungen wie Erdbeben oder Schneestürme simulieren. Zudem können Sie testen, wie Ihr Regelungssystem auf Stimuli reagiert, wie sie in unzugänglichen Umgebungen (z. B. in der Tiefsee oder im Weltraum) vorkommen.
