Rapid Control Prototyping
Das so genannte Rapid Control Prototyping ist eine systematische Vorgehensweise zur schnellen Reglerentwicklung. Diese moderne Methode wird aufgrund großer Leistungsfähigkeit aktueller Computerhard- und -software, steigender Komplexität der Aufgabenstellungen und dem wachsenden Zeitdruck in Entwicklungen zunehmend eingesetzt.
Ausgehend von einer Aufgabenstellung wird dabei unter Verwendung einer durchgängigen Werkzeugkette schrittweise und systematisch eine Automatisierungs-Lösung entwickelt. Die einzelnen Positionen des Vorgehens sind in unten stehendem V-Modell skizziert. Dabei wird im linken Ast absteigend zunächst der Detaillierungsgrad erhöht, bis eine Implementation vorgenommen werden kann. Auf dem rechten Ast aufsteigend ist schließlich durch entsprechende Tests die Lösung der Aufgabenstellung zu erreichen.
Im Folgenden soll im Abschnitt Vorgehen dass Verfahren des RCP zusammenfassend erläutert werden. In dem anschließenden Abschnitt Werkzeuge, HIL und SIL wird ein kurzer Überblick über am Institut für Regelungstechnik eingesetzte Werkeuge gegeben.

Vorgehen
Das Vorgehen nach dem RCP sei an unten stehendem Bild kurz erläutert.
Zunächst wird von dem reellen Prozess ein Prozessmodell erstellt, mit welchem die relevanten Zusammenhänge des Prozesses abgebildet werden können.
Anschließend wird für diesen simulierten Prozess in der Simulation eine Regelung bzw. Steuerung entworfen.
Nachdem sowohl der Prozess, als auch die Regelung/ Steuerung in der Simulation vorliegen, sind verschiedene Testszenarien denkbar. Wird der Regelungsalgorithmus unter Verwendung einer geeigneten Codegenerierung auf eine leistungsfähige Simulations-Hardware übertragen, kann der reale Prozess mit dem Regelungsalgorithmus betrieben werden, ohne, dass bereits an dieser Stelle ein Mikrokontroller oder Ähnliches mit den einhergehenden Nachteilen (Speicherplatzbeschränkung, begrenzte Prozessorleistung) eingesetzt werden müsste. Dieses Testszenario wird häufig "Software in the Loop" genannt.
Wird das Prozessmodell mit Hilfe eines Codegenerators auf die Simulationshardware übertragen und in einem zweiten Schritt mit Hilfe des gleichen Codegenerators die Zielhardware programmiert, auf welcher im späteren Betrieb die Regelung/ Steuerung ausgeführt werden soll, so wird es möglich, dem simulierten Prozess mit der Zielhardware zu verbinden. Dieses Szenario ist das so genannte "Hardware in the Loop".
Nachdem durch "Software in the Loop" die Funktionsweise des Regelungsalgorithmus verifiziert wurde und durch "Hardware in the Loop" die Zielhardware untersucht wurde, können Zielhardware und reeller Prozess miteinander verbunden werden.
Das RCP setzt eine einheitliche Toolkette voraus, welche das beschriebene Vorgehen von der Simulation über Reglerentwicklung bis hin zur Codegenerierung, Implementation und Untersuchung des Gesamtsystems (bestehend aus Prozess und Regler) erlaubt.

Werkzeuge, HIL und SIL
Im Folgenden sollen am IRT eingesetzte Werkzeuge für "Hardware in the Loop" und "Software in the Loop" Simulationen vorgestellt werden.
Die unter Simulation dynamischer Systeme beschriebenen Softwarewerkzeuge Matlab/ Simulink und Dymola werden dem Gedanken einer durchgängigen Werkzeugkette folgend auch für die Durchführung von HIL und SIL verwendet.
Die dabei eingesetzte Simulationshardware (siehe Bild in Rapid Control Prototyping) wird am IRT beispielsweise durch eine System der Firma dSpace (Echtzeit-Zielsystem) realisiert. In einem solchen modularen System, können je nach Aufgabenstellungen unterschiedliche Ein-/ Ausgabekarten integriert werden. Die Programmierung dieser Hardware kann mit Hilfe von Simulink und entsprechenden Treiberblöcken komfortabel vorgenommen werden.
Zentral für die Codegenerierung für die Zielhardware ist dabei der Realtime-Workshop von Simulink. Dieser erstellt aus Simulink-Modellen zunächst C-Code, welcher anschließend für die Zielhardware übersetzt werden kann. Da die Integration von Dymola-Modellen in Simulink auf C-basis geschieht, kann auch ein Modell als Synthese von Simulink- und Dymolakomponenten für die Codegenerierung eingesetzt werden.


Webmaster des IRT
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