|
應(yīng)用領(lǐng)域
能源/電力
使用的產(chǎn)品
CompactRIO, LabVIEW, LabVIEW FPGA, LabVIEW Real-Time
挑戰(zhàn)
開發(fā)一個引擎仿真測試系統(tǒng)以提高Samsung Techwin公司生產(chǎn)的燃?xì)鉁u輪引擎的性能。
應(yīng)用方案
以NI LabVIEW和CompactRIO平臺取代龐大而繁冗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)基于PC的仿真和測試環(huán)境。燃?xì)鉁u輪引擎由于應(yīng)用了各種不同的復(fù)雜技術(shù)，對其綜合性能的測試相當(dāng)困難。通常測試和分析不會在真實的引擎上進(jìn)行，因此設(shè)計并驗證燃?xì)鉁u輪引擎控制器的硬件和控制算法便成了一個頗具難度的挑戰(zhàn)。
設(shè)計正確的引擎仿真器對于我們的驗證能力相當(dāng)關(guān)鍵，我們借助仿真器檢驗引擎控制器是否安全可靠。為了實現(xiàn)安全而精準(zhǔn)的引擎控制，我們必須在集成到真實的引擎之前對控制器硬件和控制算法進(jìn)行驗證。
我們的目標(biāo)是設(shè)計一個虛擬引擎（引擎仿真器）來提高引擎控制器的性能指標(biāo)。我們在PC上運行NLabVIEW并使用緊湊而堅固的NI CompactRIO平臺取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個仿真和測試環(huán)境。設(shè)計出來的虛擬引擎輸入輸出與真實引擎一樣的物理信號，提供了驗證控制器硬件和軟件系統(tǒng)的最優(yōu)方案。
通過燃?xì)鉁u輪引擎的數(shù)學(xué)模型，我們可以計算出引擎的性能參數(shù)。然后將這些性能參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉奈锢硇盘�，作為引擎控制器的輸入輸出。�?jīng)過反復(fù)測試，我們可以驗證控制器的硬件和算法，提高可靠性，減少調(diào)試(校準(zhǔn))事件并且?guī)椭覀兎乐挂馔獾墓收习l(fā)生。
開發(fā)過程
開發(fā)控制器算法的過程中，我們使用了 NI LabVIEW，LabVIEW Simulation Interface Toolkit 2.0, The MathWorks, Inc. MATLAB® and Simulink® software, 和 Visual C++。整個開發(fā)過程由一個開發(fā)者花費9個半月完成。
系統(tǒng)配置
燃?xì)鉁u輪引擎的仿真系統(tǒng)包括以下部分：虛擬引擎（仿真器），燃?xì)鉁u輪引擎控制器，控制算法（應(yīng)用程序），仿真服務(wù)器。仿真器包括一個數(shù)學(xué)模型，計算引擎的動態(tài)特性參數(shù)，執(zhí)行實時操作和狀態(tài)計算，輸出參數(shù)。仿真器通過通用的I/O模塊將輸出的參數(shù)轉(zhuǎn)變成壓力／溫度／RPM等物理信號進(jìn)行輸出。我們在8槽的CompactRIO的平臺上通過FPGA和實時應(yīng)用編程實現(xiàn)了實時操作，I/O以及對仿真服務(wù)器的通信。
引擎控制器是執(zhí)行引擎控制的硬件，我們?yōu)橐婵刂破髋鋫淞烁咝阅艿?CPU并將控制器與引擎通過電纜連接�？刂扑惴ㄊ且娴牟僮鬟壿嫼涂刂蒲a償，是引擎控制最重要的部分，我們必須根據(jù)具體指標(biāo)編寫算法程序。最后由仿真服務(wù)器管理仿真器的操作，數(shù)據(jù)存儲以及用戶界面。
我們的仿真器在 NI CompactRIO平臺上結(jié)合了 FPGA編程和實時系統(tǒng)編程。用可重配置機(jī)箱中的FPGA實現(xiàn)了高速濾波器和 I/O，將基于實時操作系統(tǒng)的控制算法下載到實時控制器上進(jìn)行實時運算。
我們起初使用cRIO-9102，8槽1百萬門 FPGA的可重配置機(jī)箱，開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)FPGA規(guī)模不夠，因此改用 cRIO-9104，8槽3百萬門FPGA的可重配置機(jī)箱。在模擬輸出模塊中我們還加入了緩沖電路，因為 cRIO-9263的輸出電流只有幾mA。
運行仿真服務(wù)器上的程序，用戶可以進(jìn)行如下操作：引擎狀態(tài)的暫時修改，仿真設(shè)置修改，仿真啟動，暫停，退出以及仿真引擎最終狀態(tài)的設(shè)定等。引擎狀態(tài)監(jiān)測程序需要將應(yīng)用程序中的各個操作行為都通知用戶，包括引擎改換的顯示和數(shù)據(jù)存儲等。引擎狀態(tài)監(jiān)測程序在開發(fā)和調(diào)試中都是最重要的部分。
以前基于PXI的系統(tǒng)在尺寸和重量上給便攜式要求帶來了困難。而 windows操作系統(tǒng)也不適于有確定性要求的應(yīng)用。CompactRIO平臺在以上兩方面非常有吸引力，非常適合開發(fā)者實現(xiàn)新的控制和監(jiān)測概念。CompactRIO上配備的實時操作系統(tǒng)為我們的系統(tǒng)確保了實時性，而LabVIEW為FPGA的開發(fā)大大減少了開發(fā)成本。
|
