Snabb kontroll av prototyper

Rapid Control Prototyping (RCP) är en typ av simuleringsmetodik som möjliggör snabb utvärdering av styrsystem, speciellt för stora maskiner. Det kan testa och utvärdera algoritmer såväl som tillhörande komponenter såsom sensorer, ställdon, pumpar etc. Systemet kräver någon typ av mock-up, vanligtvis en nedskalad version av systemet som ska testas, plus kraftfull datorsimuleringsprogramvara. Rapid Control Prototyping har vunnit popularitet tack vare dess förmåga att påskynda produktutvecklingen och minska deras time-to-market . Tillvägagångssättet hjälper också till att minska designrisker, tack vare att de identifieras tidigt.

Metodik

Metodiken syftar till att snabbt ta itu med experimentella aktiviteter för att snabbt identifiera och korrigera potentiella problem. Vid behov kan designiterationer göras med hjälp av datorstödda simuleringar. RCP fokuserar främst på av styrsystem (genom att opponera sig mot själva anläggningen ) och kan komplettera med andra tekniker, såsom HIL , PIL eller PHIL.

Att använda Rapid Control Prototyping för produktutveckling kräver att man implementerar någon form av mockup (ofta nedskalad) av systemet som studeras samt ett kontrollsystem . Styrsystemets hårdvara skiljer sig ofta från den slutliga hårdvaran, eftersom den senare kanske ännu inte är tillgänglig (eller tydligt definierad) vid tidpunkten för prototypframställning. Faktum är att generisk styrhårdvara med överlägsen flexibilitet och prestanda ofta föredras framför den slutliga hårdvaran, som ofta är kostnadsoptimerad för en specifik applikation och användning. Denna användning av generisk kontrollhårdvara under den tidiga utvecklingsfasen kan till och med betraktas som en definition av Rapid Control Prototyping, vilket skiljer den från designmetoder som uteslutande involverar den slutliga hårdvaran, möjligen med flera iterationer.

Användningsområden

Rapid Control Prototyping är involverat i olika teknikområden, till exempel:

Mekatronik , robotik
Kraftelektronik , motordrivningar , rörelsekontroll
Fordon , flyg
Militär

Snabb kontroll av prototyphårdvara

Även om styrsystemet som är involverat i RCP teoretiskt sett kan vara av vilket slag som helst, kräver RCP ofta specifik programmerbar digital styrhårdvara. Den senare har i allmänhet följande egenskaper:

Överlägsen datorprestanda jämfört med den slutliga hårdvaran, vilket ger mer flexibilitet under design- och testfasen för kontrollprogramvaran.
Överlägsen hårdvaruflexibilitet, eftersom genericitet kräver kompatibilitet med flera applikationer och återanvändbarhet över flera produktutvecklingar.
Generisk mekanisk design, av samma skäl som ovan.
Möjlig användning i samordning med datorsimuleringsprogramvara, särskilt genom välkänd och modellerad systemdynamik.
Möjlig användning tillsammans med automatiserade kodgenereringsverktyg , ofta direkt från samma datorsimuleringsprogram.

I själva verket har dessa egenskaper i viss mån endast möjliggjorts av de senaste framstegen inom inbäddad datoranvändning och datorstödd design, vilket förklarar RCP:s fortfarande relativt konfidentiella karaktär. Den uppenbara nackdelen med sådana system är också deras höga investeringskostnad, som ofta kräver amortering över flera utvecklingsprojekt.

Bearbetningsenheter och cykeltid

RCP-lösningar skiljer sig åt i sina möjligheter, särskilt eftersom deras applikationer kan vara mycket olika. Medan vissa system kan kräva att ett stort antal sensorer och/eller ställdon involveras, kan vissa andra implementera beräkningskrävande algoritmer, eller andra kräver mycket korta cykeltider. Baserat på dessa krav – eller kombinationer av krav – kan olika bearbetningsenheter vara inblandade i styrhårdvaran:

DSP:er , CPU:er , MCU:er och andra sekventiella bearbetningsenheter är enkla att programmera och implementera som en del av en automatiserad kodgenereringsverktygskedja. De erbjuder attraktiv beräkningsprestanda, men kan lida av icke försumbar I/O-latens.
FPGA:er och andra samtidiga bearbetningsenheter kräver större tekniska ansträngningar, men kan krävas i snabba slutna styrtillämpningar, där I/O-latens är avgörande.
Kombinationer av båda ovanstående typer av enheter, såsom i SoC- enheter, vilket resulterar i en rättvis avvägning mellan prestanda och användarvänlighet.

externa länkar

Introduktionsvideo från The Mathworks

D. Abel, A. Bollig, Rapid Control Prototyping , Springer, Berlin, 2006. https://doi.org/10.1007/3-540-29525-9_7
Lamberský V., Grepl R. Benchmarking Various Rapid Control Prototyping Targets Supported in Matlab/Simulink Development Environment In: Mechatronics, Springer, Berlin, 2013. https://doi.org/10.1007/978-3-319-02294-9_84