Simulation in Verbindung mit Hardwarekomponenten

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1 Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Simulation in Verbindung mit Hardwarekomponenten Vorlesung: Simulation mechatronischer Systeme 2

2 Software-Simulationen Vorgehen: reales System Modellentwurf Modell Implementierung in Simulationstool Simulation Simulationstool: PLAN (C++) Matlab/Simulink ABAQUS (FEM) ADAMS (MKS) usw. Gründe für eine reine Software-Simulation: Das reales System ist nicht beobachtbar zu komplex/teuer noch nicht existent Motorrad Oszillator Doppelpendel Nickwinkel Bremsbeläge Verkehrsstau Reibung Schmelzender Bleiblock Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 2

3 Hardware-Simulation Vorgehen: reales System Modellentwurf Modell Software Hardware Implementierung in Zielsystem Simulation Simulationstool El. oder mech. Komponenten Beispiele für Simulationen mit Hardware: Flug-/Fahrzeug Simulatoren Kopplung von Hard- und Software Elementen Hardware in the Loop Simulationen Ersetzen von Teilen der realen Hardware durch eine Software-Simulation Mikroverkehrsanlage des IDS Cockpit4u Aviation Service GmbH A380 Flugsimulator in Frankfurt Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 3

4 Hardware-Simulation OSTrator Optimal Stabilizer Demonstrator Illustration und Untersuchung von Bohrstrangschwingungen Aktoren und Sensoren des OSTrators: Hakenposition (Stellen/Anzeigen) Bohrstrangdrehzahl (Stellen/Anzeigen) Kraft auf Bohrlochgrund (Anzeigen) Realisierung der Bedieneinheit durch eine MC-Steuerung Atmega 644 Mikrocontroller Text LC-Display mit 40x4 Zeichen 3 Drehknöpfe, 3 Taster USB Verbindung zu einem PC Steuerbox OSTrator v.3 Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 4

5 Interface Interface Hardware-Simulation Hardware in the Loop: Eine Form der Realtime-Simulation, bei der reale Komponenten aus einem Gesamtsystem herausgelöst werden um deren Funktionsweise zur untersuchen. Umwelt Gesamtsystem Gesamtsystem: Fahrzeug/Flugzeug Fertigungsanlage usw. Hardwarekomponente (z.b. Steuergerät) Softwaremodell des Gesamtsystems Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 5

6 Interface Interface Grundlagen Allgemeiner Aufbau einer Simulation mit Hardwarekomponenten: Hardwaremodelle Beispiel: Federpendel Softwaremodelle Hardwaremodelle: mechanische Komponenten elektrische/elektronische Komponenten Interface: Datenschnittstellen Sensoren/Aktoren Softwaremodell (PLAN-Simulation) Interface (Plan-Box, Motor) mechanisches Modell (Feder, Masse) PC PLAN-BOX Motor Feder Masse Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 6

7 Hardware Das Interface (de: Schnittstelle) dient der Kommunikation zweier Systeme PC mit Softwaremodellen A/D Wandler Laststrom Messspannung Aktoren Sensoren Leistungselektronik Steuersignal Datensignal Hardwaremodelle I/O-Karten Velleman K8055 USB Data Translation DT9812 NI 6023E PCI dspace! keine Leistungselektronik! Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 7

8 Hardware Ansteuerung der der I/O-Karten durch einen PC über RS232, USB, Ethernet, CAN, PCI, usw. Erforderliche PC-Software Bibliothek Softwarepaket (z.b. Matlab, Labview) Echtzeitbetriebssystem (z.b. Linux, ADwin) Mikrocontroller kostengünstig einfache Bedienung geringer Funktionsumfang langsam z.b. DSPs teuer aufwendige Bedienung große Auswahl schnell Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 8

9 Ansteuerung einer I/O-Karte Technische Daten USB-Schnittstelle zum PC Software-Bibliothek 5 digitale Eingänge 8 digitale Ausgänge (0, 5V) 2 analoge Eingänge 2 analoge Ausgänge (0-5V) Velleman K8055 USB Ansteuerung der vorkonfektionierten Hardware durch eine Bibliothek Borland Builder Delphi Visual Basic Sprachen mit dll-library Unterstützung! keine Echtzeitanwendungen! Programmbeispiel Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 9

10 Beispiel einer Hardware in the Loop Simulation Gedämpftes Feder-Masse System reales System Modell Simulation PC Software-Tool: PLAN PLAN-BOX u(t) Motor c b l 0 Feder m x Hardwaremodell Masse Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 10

11 Ausblick Grundlagen der Programmierung eines Mikrocontrollers Umsetzung erster Beispielprogramme auf einem Experimentierboard Experimentierboard MyAVR Board ATmega8 Mikrocontroller Simulation mechatronischer Systeme 2 Seite 11

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