详解快速控制原型RCP与硬件在环仿真HIL|文末有彩蛋

mizhongquan

控制器软件开发的V流程中，有两个需要通过实时仿真完成的重要环节，即快速控制原型(RCP)与硬件在环仿真(HIL)。



我相信有很多朋友都对这两个概念早有耳闻，但是它们真正的作用是什么呢？在现实中，我们又该如何区分RCP和HIL呢？

接下来的时间里，本文就将参考Speedgoat实时仿真方案，彻底解开您的疑惑！
知识点1：什么是快速控制原型？

快速控制原型（Rapid Control Prototyping，简称RCP），话不多说，咱们先看公式：

RCP=假的控制器+真的被控对象

在控制器开发中，如果我们使用实时仿真机运行Simulink算法，控制实际的物理对象（如开关，电机，阀门等）。此时，我们的Speedgoat实时仿真机，就已经成了一个便捷的原型控制器。



凭借这个原型控制器，软件工程师可以在很短的时间内，完成算法的功能验证，故得名为快速控制原型。

在传统的控制器开发流程中，算法的进一步验证，需要工程师自己去开发一套硬件，并且自行编写调用硬件资源的代码，然后把控制算法部署到硬件里。而且，在后续测试中，一旦发现问题，就可能要把上面的步骤重来一遍！



这种方法，别说开发者了，我猜屏幕前的朋友们看着都觉得繁琐。更何况，这些冗长的步骤，还给我们的潜在用户，带来了更加冗长的账单。

对于这些用户，他们有一个强烈的需求，就是：有人能给他们提供一个成熟的、无bug的硬件，同时给他们提供这个硬件的底层（一般是Simulink驱动模块），让他们能够直接将应用层算法下载到这个硬件中，使得他们可以直接用这个硬件去控制被控对象，在实时的环境中验证应用层算法。

So，快速控制原型（RCP）应运而生！


   Speedgoat Baseline快速控制原型
它最大的意义就在于，帮助用户快速地构建一个原型控制器，这个原型控制器可以跟真实被控对象相连，在实时环境下验证用户的应用层算法。
知识点2：什么是硬件在环仿真？

硬件在环仿真（Hardware-in-loop，简称HIL），同样的，咱们先看公式：
HIL=真的控制器+假的被控对象

没错，RCP和HIL这两个听上去感觉很像的概念，其实是完全相反的！硬件在环仿真(HIL)时，运行在实时机中的Simulink被控对象模型(模拟被控对象)，受真实控制器的控制，以此对控制器进行测试。



硬件在环仿真(HIL)可以适用于几乎所有嵌入式控制器的功能测试和验证，尤其是在汽车领域应用颇多。

实车测试之前，预先通过HIL对控制器做一个全面的功能测试，提前暴露和解决控制器的bug，大幅度减少实车测试的时间、人力和资金成本。



高性能实时目标机
硬件在环仿真(HIL)的核心就在于实时仿真机。一般而言，被控对象模型比控制算法模型复杂，所以要求运行HIL的实时仿真机，算力更强，CPU配置更高。

要易于将Simulink模型编译、下载到实时仿真机中，具备灵活且丰富的IO和通讯接口，能够满足不同应用的需求（一般还需要搭配额外的拓展板卡）。

配置	规格
CPU	IntelXeon 6核4.0GHzCPU
实时操作系统	Simulink  Real-Time?
MATLAB版本支持	R2021a及以后版本
内存	8GB  RAM
存储空间	120GB  SSD
视频接口	1 xHDMI和1 x DisplayPort
上位机接口Ethernet	1路千兆以太网端口，用于与上位机的通讯
千兆网口	1路千兆以太网端口，支持EtherCAT Master，real-time UDP，TCP/IP以及XCP  Master协议
串行接口	2路RS232端口，最高支持波特率115kbps
机箱外壳	4U  19寸铝合金外壳
供电	AC  100-240V, 50/60 Hz

一种典型配置

在实际的使用中，仿真主机一般要搭配其他的设备，形成一套完整的HIL测试设备，根据设备的形态，又可分为两类：桌面式和机柜式。

① 机柜式

一般汽车领域用的多。汽车领域的硬件在环仿真设备，已经有了一定的标准，涉及到很多部件，桌面式的设备已经难以容纳这些设备，所以会做成机柜的形式，把这些设备都集成在一个大机柜中。



②桌面式

一般而言，其他领域的硬件在环仿真设备相对没那么复杂，可以直接摆放在桌面。



学习完毕，现在是礼物时间！

首先自我介绍一下，我们上海熠速信息技术有限公司（简称“熠速”），2017年3月成立于中国上海，是一家持续和快速成长的高新技术企业。

作为Speedgoat在中国的独家代理，我们围绕嵌入式系统开发和测试，为用户提供硬件在环仿真系统(HIL)、快速控制原型（RCP）、电机控制算法开发等覆盖各类控制器的解决方案。



汽车领域实时仿真解决方案矩阵图


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