Быстрое прототипирование управления

Быстрое прототипирование управления (RCP) — это тип методологии моделирования, которая позволяет быстро оценивать системы управления, особенно для крупного оборудования. Он может тестировать и оценивать алгоритмы, а также связанные с ними компоненты, такие как датчики, исполнительные механизмы, насосы и т. д. Для системы требуется определенный тип макета, обычно уменьшенная версия тестируемой системы, а также мощное программное обеспечение для компьютерного моделирования. Прототипирование с быстрым управлением приобрело популярность благодаря своей способности ускорять разработку продуктов и сокращать время их вывода на рынок . Этот подход также помогает снизить проектные риски благодаря их раннему выявлению.

Методология

Методика направлена на быстрое решение экспериментальной деятельности, чтобы быстро выявить и исправить потенциальные проблемы. При необходимости можно выполнить итерации проектирования с использованием компьютерного моделирования. RCP в основном фокусируется на разработке системы управления (в отличие от самой станции ) и может дополнять другие методы, такие как HIL , PIL или PHIL.

Использование прототипирования быстрого управления для разработки продукта требует реализации своего рода макета (часто уменьшенного) исследуемой системы, а также системы управления . Аппаратное обеспечение системы управления часто отличается от окончательного аппаратного обеспечения, поскольку последнее может быть еще не доступно (или четко определено) на момент создания прототипа. Фактически, обычное аппаратное обеспечение управления, обладающее превосходной гибкостью и производительностью, часто предпочтительнее конечного оборудования, стоимость которого часто оптимизирована для конкретного приложения и использования. Такое использование общего аппаратного обеспечения управления на ранней стадии разработки можно даже рассматривать как определение прототипирования быстрого управления, отличающее его от методологий проектирования, которые включают исключительно окончательное аппаратное обеспечение, возможно, с несколькими итерациями.

Области применения

Rapid Control Prototyping используется в различных областях техники, например:

Аппаратное обеспечение для быстрого прототипирования

Хотя система управления, используемая в RCP, теоретически может быть любой, для RCP часто требуется специальное программируемое цифровое оборудование управления. Последний обычно имеет следующие характеристики:

Превосходная вычислительная производительность по сравнению с конечным оборудованием, обеспечивающая большую гибкость на этапе разработки и тестирования управляющего программного обеспечения.
Превосходная гибкость аппаратного обеспечения, поскольку универсальность обеспечивает совместимость с множеством приложений и возможность повторного использования в нескольких разработках продуктов.
Общая механическая конструкция по тем же причинам, что и выше.
Возможное использование в сочетании с программным обеспечением компьютерного моделирования, в частности, с помощью хорошо известной и смоделированной системной динамики.
Возможно использование вместе с инструментами автоматической генерации кода , часто непосредственно из того же программного обеспечения для компьютерного моделирования.

На самом деле, эти характеристики в некоторой степени стали возможны только благодаря недавним достижениям в области встраиваемых вычислений и компьютерного проектирования, что объясняет все еще относительно конфиденциальный характер RCP. Кроме того, очевидным недостатком таких систем является их высокая инвестиционная стоимость, которая часто требует амортизации в течение нескольких проектов развития.

Обрабатывающие устройства и время цикла

Решения RCP различаются по своим возможностям, в частности, потому, что их приложения могут сильно различаться. В то время как некоторые системы могут потребовать использования большого количества датчиков и/или исполнительных механизмов, некоторые другие могут реализовывать алгоритмы, требующие больших вычислительных ресурсов, или другие требуют очень короткого времени цикла. В зависимости от этих требований (или комбинаций требований) в состав управляющего оборудования могут быть включены различные устройства обработки:

DSP , CPU , MCU и другие блоки последовательной обработки легко программировать и реализовать как часть автоматизированной цепочки инструментов генерации кода. Они предлагают привлекательную вычислительную производительность, но могут страдать от значительной задержки ввода-вывода.
FPGA и другие блоки параллельной обработки требуют больших инженерных усилий, но могут потребоваться в приложениях быстрого управления с обратной связью, где задержка ввода-вывода важна.
Комбинация обоих вышеуказанных типов устройств, например, в устройствах SoC , приводит к справедливому компромиссу между производительностью и простотой использования.

Внешние ссылки

Вступительное видео от The Mathworks

Ссылки

Д. Абель, А. Боллиг, Прототипирование быстрого управления , Springer, Берлин, 2006. https://doi.org/10.1007/3-540-29525-9_7.
Ламберский В., Грепл Р. Сравнительный анализ различных целей прототипирования быстрого управления, поддерживаемых в среде разработки Matlab/Simulink. В: Мехатроника, Springer, Берлин, 2013. https://doi.org/10.1007/978-3-319-02294-9_84.