Rapid-Control-Prototyping und Hardware-inthe-Loop Simulationen mit xpc Target und xpclabdesk/labview

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1 -Prototyping the-loop Simulationen mit xpc Target und xpclabdesk/ N. Bajcinca Institut für Robotik und Mechatronik DLR, Oberpfaffenhofen NI Automotive-Technologietag Mai 2004, München 1

2 Übersicht xpctarget Technologie Neues HMI Werkzeug: xpclabdesk Softwarearchitektur von xpclabdesk Entwurfsprozess einer HMI xpclabdesk Beispiele Ausblick 2

3 xpc-technologie: Konfiguration MathWorks Tools hosted here MATLAB Simulink RTW xpc Target Compiler Ethernet or serial cable xpc Target PC Customer Application xpc Target Runtime 3

4 xpc-technologie: Host, Target Host computer PC (desktop oder laptop) unter WIN32 BS MATLAB/Simulink Entwicklungsumgebung Host hat benötigt keine spezielle Echtzeitwerkzeuge,, also standard PC Target computer PC-kompatibles System: desktop, PXI, PC/104(+), SBC, CompactPCI Optimiertes Echtzeit-Betriebssystem Große I/O-Kartenauswahl (>150) 4

5 xpc-technologie: xpc TargetBox Eigenschaften Schnelles Booten,, ca 2 secs. Booten vom Flash-Disk oder Stand-Alone Anwendung Kompaktes Sytem keiner Kühlung oder bewegliche Teile Größe: : 270 mm x 162 mm x 82 mm Interne Stromversorgung Onboard Stromversorgung DC: 8-28 volts. 5

6 xpc-technologie: Schnittstellen zu xpc Target Host Visual C/C++,... Development environments, stand-alone applications Visual Basic Altia xpc Target C-API (DLL) Windows OS Labview Any software which can use a DLL MATLAB Apps HG GUI Java MEX-wrapper for C-API MATLAB DnG RS232 and Windows TCP/IP Sockets (WIN32- API) Simulink Apps VR Altia... To and From blocks Simulink Keyboard & Mouse Target xpc Target App Command Line Interface 6

7 xpc-technologie: HMI Erfahrungen Simulink External-Mode Dials-and and-gauges + Akzeptable Umgebung mit einem Target Monitor für f r einfachere HMI Anforderungen + Direkter Zugriff auf Signale und Parameter + Zugriff auf vollständige MATLAB Funktionalität + Schnelle erste Tests - Nicht geeignet für f r komplexere HMI Anforderungen + Vollständige Bibliothek von HMI Steuer- und Anzeigekomponenten - Begrenzte benutzergerechte Handhabung 7

8 xpc-technologie: HMI Erfahrungen MATLAB GUIs + Vollständige MATLAB/Simulink Funktionalität - Komplexer und zeitaufwändiger Aufbau einer HMI - Begrenzter Satz von Steuer- und Anzeigekkomponenten - Nicht geeignet für Echtzeitanwendungen 8

9 xpc-technologie: Also... ein neues Tool wird gebraucht Our current approach is not to force the user to be dependent on a certain HMI development tool. OK, one could say, that we have this approach because we don't have a good HMI tool on our own ;-)... For the future we plan to offer even more convenient API interfaces.... I cannot promise that we will ever release an HMI tool like ControlDesk on our own. The development effort is huge and time would have to be diverted from kernel and driver development. Mitte,

10 xpclabdesk: Features Features verwendet die offene xpc API Schnittstelle (über( 90 Funktionen) von TheMathworks eine intuitive Entwurfsumgebung schnelle Anpassung der Template xld-anwendung Parameteranpassung, und monitoring, Signalerfassung und -visualisierung, Data-Logging der Benutzer sieht nur 3 (von über 300) identisch programmierbare SubVIs Zwei Versionen xpclabdesk Developer zum entwickeln von einem UI in Run-Time xpclabdesk zur Benutzung einer fertigen xld Anwendung ohne 10

11 xpclabdesk: Warum? ist extrem mächtige m Umgebung zur Erstellung von UI (User Interfaces) State-of of-the-art graphische Programmiersprache sehr verbreitet und etabliertes Werkzeug in der Industrie und Hochschulen H intuitiv und einfach zu bedienen vollständige TestStand und DIAdem Funktionalität und schließlich, lich, passt in die Grundphilosophie von xpc Target,, nämlich n Aufbau einer Echtzeitsimulationsumgebung auf Basis unabhängiger ngiger Soft- und Hardwaretechnoologien 11

12 xpclabdesk: Illustrationsbeispiel xld Panel xld Developer xld Anwendung 12

13 xpclabdesk: Softwarearchitektur Komponenten xld Panel xld Developer Loader xld Anwendung 13

14 xpclabdesk: xld Panel Funktionen xld Anwendungen Echtzeit- Anwendung Erstellung Verwaltung Echtzeitanwendung Start Stop Ausführungs- Zeit Status Monitoring Laden/Entladen Starten/Stoppen Target-Rechner Status Monitoring Verbinden/Trennen Booten/Ping Target geladen? Logging Status Target Verbindung Simulink Modell Änderungsupdate 14

15 xpclabdesk: xld Developer Funktionen Parameter Setup Signal Setup Scope Setup Data Logging 15

16 Entwurfsprozess: Erstellung neuer Anwendung xld Template > xpc Parameter Datei > xpc Signal Datei > xpc DLM Anwendung xld Projekt: - xld Anwendung VI, - xld Treiber, - LDK Browsers 16

17 Entwurfsprozess: xld Treiber xld Treiber für Parameter Tuning/Monitoring (Skalar,, Array) Signal Monitoring (Skalar,, Array) Scopes Target Port Parameter Array Tuner Parameter 17

18 Entwurfsprozess: Parameter Tuning > Einfügung des Parameters über den Browser > Den Parameter mit einem entsprechenden xld Namen bennenen > Updaten 18

19 Entwurfsprozess: Parameter Tuning Programmierung > Im Block-Diagram die entsprechende Steuerkomponente mit dem xld Treiber binden 19

20 Entwurfsprozess: Signal Monitoring > Einfügung des Signals über den Browser > Den Signal mit einem entsprechenden xld Namen bennenen > Updaten 20

21 Entwurfsprozess: Signal Monitoring Programmierung > Im Block-Diagram die entsprechende Anzeigekomponente mit dem xld Treiber binden 21

22 Entwurfsprozess: Signal Tracing > Einfügung des Scopes > Den Scope mit einem entsprechenden xld Namen bennenen > Parametereinstellen > Updaten 22

23 Entwurfsprozess: Signal Tracing Programmierung > Im Block-Diagram den entsprechenden Graph mit dem xld Treiber binden 23

24 Entwurfsprozess: Data Logging Schritte > Aufzeichnungs-Einstellungen festlegen > Signale hinzufügen > Aufzeichnung starten > Daten abspeichern Logging Status 24

25 Beispiele: -Prototyping Rapid Control Prototyping Setup 1. Schritt: Lenkradaktuator (SWA) im geschlossenen Regelkreis Vehicle Visualization Data SWA Force-Feedback Feedback Lenkwinkel SbW Controller Force-Feedback Control Steering System Dynamics ve-dyna Vehicle (Target Processor AMD Athlon) Steering Wheel Actuator (SWA) 25

26 Beispiele: -Prototyping Rapid Control Prototyping Setup Steer-by by-wire Setup SWA Force Feedback Steering Wheel Actuator Lenkradposition FWA Lenkkraft / -position Spurstangenposition / -kraft SbW Controller Target Processor AMD Athlon Spurstangenposition Fahrzeug Visualisierungsdaten ve-dyna Target Processor AMD Athlon Rad-Straße Interaktion Vorderradaktuator Bürstenloser DC-Motor mit DLR PWG-Spindel Videoclip 26

27 Beispiele: ve-dyna Cockpit HMI 27

28 Beispiele: Steer-by-Wire HMI 28

29 Ausblick Erweiterung des xpclabdesk auf xlabdesk : Unterstützung anderer Echtzeitplatformen (dspace, OPAL,...) Integration TestStand, Simulation Interface Toolkit 29

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