Dynamisches Testen von Embedded. Hans Georg Hermann ExpertControl GmbH

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1 Dynamisches Testen von Embedded Systemen und Komponenten in Echtzeit Hans Georg Hermann ExpertControl GmbH Blá Balázs Tóth Nti National linstruments t

2 Agenda Testen von Embedded Systemen und Komponenten NI VeriStand Echtzeittestplattform Übersicht Integrations und Erweiterungsmöglichkeiten Erweiterte Systemlösungen mit NI VeriStand ITI GmbH: NI VeriStand & SimulationX ExpertControl GmbH: NI VeriStand & ecicp

3 Warum Testen? Menschen machen Fehler Viele Menschen machen viele Fehler Fhl Fehler in der Produktdefinition iti Fehler in der Analyse Fehler im Design Fehler in der Implementierung Frühzeitiges Testen hilft Kosten zu sparen.

4 V Modell Embedded SW Entwicklung Anforderungsanalyse Design Test Systemtest Analyse und Design Integrationstest oder Komponententest Implementierung Unit-, Funktionsoder Modultest Prototyp / Serientyp

5 Testen von Embedded Systemen Hohe Zuverlässigkeit Steigende Systemkomplexität Nicht nur SW sondern auch HW getestet wird Reduzierung des Time to Market Zunehmender Kostendruck Anforderungen Ressourcen

6 Testen von Systemen in Echtzeit Test System Logging / Analysis Stimulus UUT Erhöhte Zuverlässigkeit und Performance durch g Echtzeitkomponente im Testsystem

7 Systemtest Dynamischer Test Traditioneller Systemtest ist ein statischer Test Statische Eingangsgrößen am System führen zu statischen Ausgangsgrößen Bei steigender Systemkomplexität nicht mehr ausreichend, da dynamische Rückwirkungen der Ausgänge auf die Eingänge nicht berücksichtigt werden => Notwendigkeit zu dynamischen Tests, bei denen die Komponenten in der realen oder simulierten Umgebung getestet werden

8 Echtzeittestsystem Beispiele Stimulus Reaktion Test Test in einer Klimakammer Druckkammer Windkanal Test Drehmomenttest Hardware in the Loop (HIL) Test...

9 Anforderungen an das Testsystem Benutzermanagement Zur Laufzeit editierbare GUI Echtzeit Stimulus Data Logging in Echtzeit Leistungsfähig Li und skalierbar kli Einfache I/O Konfiguration i Offene Architektur Erweiterbar Closed Loop Test Deterministische Modellausführung Real Time OS Real Time Testing and Simulation Software

10 Agenda Testen von Embedded Systemen und Komponenten NI VeriStand Echtzeittestplattform Übersicht Integrations und Erweiterungsmöglichkeiten Erweiterte Systemlösungen mit NI VeriStand ITI GmbH: NI VeriStand & SimulationX ExpertControl GmbH: NI VeriStand & ecicp

11 NI VeriStand Plattform System Explorer SYSTEM EXPLORER NI VeriStand Host Server I/O Konfiguration Modell(e) Kalkulierte / Benutzerdef. Kanäle Ressource-Mapping Alarmsignale/Prozeduren I/O Anbindung Channel Forcing Modellausführung Parametermanagement Server Communication I/O Drivers NI VERISTAND RT-ENGINE Kalkulierte Kanäle Stimulus-Generierung Alarmsignale/Prozeduren Custom Devices FPGA I/O

12 NI VeriStand Plattform Workspace I/O Anbindung Channel Forcing Modellausführung Parametermanagement FPGA I/O NI VeriStand Host Server Server Communication I/O Drivers Benutzeroberfläche Utilities WORKSPACE NI VERISTAND RT-ENGINE Kalkulierte Kanäle Stimulus-Generierung Alarmsignale/Prozeduren Custom Devices ÜBERWACHUNG: Alarm Monitor CAN Bus Monitor Channel Data Viewer TDMS File Viewer RT Console Viewer STEUERUNG: Channel Scaling & Calibration Channel Value Forcing Stimulus Profile Editor KONFIGURATION: Model Parameter Manager Alarm Manager

13 Echtzeittestsystem Konfigurieren Echtzeittestsequenz Erstellen / Aussführen HW I/O, Alarmsignale, Modelle Echtzeit Teststimulus Zur Laufzeit editierbar Benutzeroberfläche Erstellen

14 Agenda Testen von Embedded Systemen und Komponenten NI VeriStand Echtzeittestplattform Übersicht Integrations und Erweiterungsmöglichkeiten Erweiterte Systemlösungen mit NI VeriStand ITI GmbH: NI VeriStand & SimulationX ExpertControl GmbH: NI VeriStand & ecicp

15 NI VeriStand Integration & Erweiterung WORKSPACE Automation API Benutzeroberfläche Workspace Tools Utilities UI Elemente NI VeriStand Host Server Server Communication NI VERISTAND RT-ENGINE I/O Anbindung Channel Forcing Modellausführung Parametermanagement I/O Drivers Kalkulierte Kanäle Stimulus-Generierung Alarmsignale/Prozeduren Custom Devices Custom Devices Model Framework FPGA I/O FPGA Personalities

16 NI VeriStand Hardware Support NI DAQmx Peripheriekarten (inkl. X series und SCXI) R Serie Peripheriekarten NI CAN Goepel LIN Interface Lambda Netzteil NI Timing und Synchronisierungskarten NI XNET(FlexRay, etc...)* NI FIU* Custom Devices* *Als Add on verfügbar

17 Weitere Informationen Demonstration Videos Getting Started Informationen White Papers Add ons Evaluierungsversion zum Herunterladen

18 Agenda Testen von Embedded Systemen und Komponenten NI VeriStand Echtzeittestplattform Übersicht Integrations und Erweiterungsmöglichkeiten Erweiterte Systemlösungen mit NI VeriStand ITI GmbH: NI VeriStand & SimulationX ExpertControl GmbH: NI VeriStand & ecicp

19 Was ist SimulationX? Physikalisch basierte Modellierung, Simulation und Analyse Fachübergreifendes 1D und 3D Simulationstool für den Entwurf, die Modellierung und dynamische Analyse komplexer technischer Systeme auf einer Softwareplattform 40 bewährte Modellbibliotheken 500 validierte Modellelemente 15 integrierte Analysemethoden Mehr als 300 Beispielmodelle l i ll hi / fb d SimulationX Virtuelle Maschine/Aufbau und PLC Unterstützung SimulationX Echtzeit Code Generierung und Hardware in the Loop (HiL) Schnittstellen

20 Integration NI VeriStand und SimulationX SimulationX Code Export nach NI VeriStand NI VeriStand Echtzeitplattform für die I/O Anbindung und Echtzeitsimulation

21 NI VeriStand und SimulationX Komplettlösung für physikalisch basierte(n) Entwurf, Modellierung und Test I/O unabhängige Anlagenmodellierung mit SimulationX Integration von SimulationX Modellen in NI VeriStand Ausführung von SimulationX Modellen mit NI VeriStand in Echtzeit Rapid Control Prototyping oder HiL Anwendungen Setpoint Error K c Controller Control Output K p Feedback

22 Agenda Testen von Embedded Systemen und Komponenten NI VeriStand Echtzeittestplattform Übersicht Integrations und Erweiterungsmöglichkeiten Erweiterte Systemlösungen mit NI VeriStand ITI GmbH: NI VeriStand & SimulationX ExpertControl GmbH: NI VeriStand & ecicp

23 Dynamisches Testen von Komponenten und Embedded Systemen d in Echtzeit Eht Automatisierte Modellbildung und Reglerparametrierung auf der Basis von Messdaten mit: ecicp von ExpertControl Hans-Georg Hermann

24 Übersicht Werkzeugkette NI VeriStand und ecicp Automatische Modellbildung mit ecicp in NI VeriStand Automatische Reglerauslegung mit ecicp in NI VeriStand Ergebnis Zusammenfassung

25 Werkzeugkette NI VeriStand und ecicp Abdeckung aller Teilaufgaben Testbetrieb System anregen Keine Schnittstellenprobleme Regelung auslegen mit ICP Messdaten aufzeichnen Prozess-Automation Dynamische Modelle bilden mit ICP Hohe Prozess-Sicherheit & Kosteneinsparung durch gesteigerte Effizienz

26 Vollautomatische Modellbildung mit ecicp in NI VeriStand 1. Stimulation des Systems und Aufzeichnung der Messdaten mit NI VeriStand 2. Auf Basis der Messdaten werden mit ecicp dynamische Modelle (Differenzialgleichungen) errechnet Was muss der Anwender dafür tun? Zuordnen der Messdaten (Input/Output/Zeit) Was macht ecicp? Auf Knopfdruck: Systemidentifikation mit Übertragungsfunktion, Zustandsraummodell, Totzeitanalyse, etc.

27 Vollautomatische Reglerauslegung mit ecicp in NI VeriStand 3. Auf Basis des Modells aus der Systemidentifikation wird die Reglerauslegung durchgeführt Was muss der Anwender dafür tun? Vorgabe (!) der gewünschten Einregelzeit für Sollwerte und Ausregelzeit für Störungen. Was macht ecicp? Auf Knopfdruck: Errechnung der Reglerstruktur und Reglerparameter für klassische Regler (PID) oder für Hochleistungs Regler (eccst bei Systemen mit z.b. zb Mehrfachresonanzen)

28 Ergebnis: Einsatzfähiginwenigen Augenblicken Sollwert Istwert Regler Stellsignal

29 Zusammenfassung NI VeriStand und ecicp als hocheffiziente Werkzeugkette Anwendung von ecicp erfordert kein Expertenwissen Errechnung von Modell & Regler ist in wenigen Sekunden abgeschlossen Regelkreisverhalten ist gleichzeitig Stör und Sollwertoptimal enorme Qualitätssteigerung Amortisation ist durch die Effizienzsteigerung bereits bei wenigen Anwendungen erreicht Aufwand der Modell und Reglerberechnung ist damit kalkulierbar!!!

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