使用基于仿真技術的實時測試節(jié)約時間和成本
幾十年來，將實時仿真和物理I/O集成在一起的測試系統(tǒng)一直都被用于測試那些帶有嵌入式軟件的機械控制系統(tǒng)。在這些應用中，設計者使用數(shù)學模型來仿真物理系統(tǒng)部件的動態(tài)特性，從而無需使用完整的系統(tǒng)就可以測試電子控制單元。設計者們越來越多地使用這種硬件在環(huán)（Hardware-in-the-loop，HIL）技術來開發(fā)復雜的機電系統(tǒng)，并能夠在更短的時間內實現(xiàn)更高的質量，且成本更低。
圖1. HIL測試應用使用實時仿真技術，通過在ECU和仿真系統(tǒng)之間建立電子仿真，從而在系統(tǒng)不完整的條件下，實現(xiàn)系統(tǒng)級的軟件測試。
機械測試應用，例如基于測功機和伺服液壓系統(tǒng)的測試系統(tǒng)通常使用模型來完成真實的和仿真系統(tǒng)部件之間的某些機械作用。隨著新材料的出現(xiàn)、系統(tǒng)部件之間連接的越發(fā)緊密，以及人們對可靠性和安全性期望的日趨增高，使得這一領域持續(xù)發(fā)展。在機械測試應用中使用實時的仿真技術，可以通過將待測目標的相關部件分離出來，并將其余部件通過模型來仿真，從而達到減少成本的目的。
使用實時仿真技術給機械測試系統(tǒng)所帶來的好處，可以參考 來自歐洲的研究組織Tecnalia的案例。 研究人員開發(fā)了一個參數(shù)化的建模環(huán)境Dynacar，可以讓用戶很容易地對他們特定的動力總成系統(tǒng)創(chuàng)建模型，他們只需將他們設計的組件虛擬地組裝起來，并對每個組件配置相應的參數(shù)。為了在只有一個真實組件存在的條件下，實現(xiàn)一個系統(tǒng)級的測試，測試工程師們可以使用實時仿真來替代將所缺失的組件。
真實的物理組件與實時仿真模型，通過測功機和/或伺服液壓系統(tǒng)耦合在一起。使用這種技術，可以通過改變參數(shù)配置，從而以一種低成本的方式來對組件進行測試。例如，一個傳動系統(tǒng)的制造商可以通過簡單地切換輪胎、傳動裝置和馬達的組合來測試組件的運行狀況。
真實的物理組件與實時仿真模型，通過測功機和/或伺服液壓系統(tǒng)耦合在一起。使用這種技術，可以通過改變參數(shù)配置，從而以一種低成本的方式來對組件進行測試。例如，一個傳動系統(tǒng)的制造商可以通過簡單地切換輪胎、傳動裝置和馬達的組合來測試組件的運行狀況。
實時的仿真還用于開發(fā)更安全的土木結構的機械測試當中。由于土木結構的整體尺寸很大，對新設計方法的測試可能會成本很高。在機械測試中，測試臺必須要比待測試件的尺寸大得多，所以你可以想象在測試一個新的房屋設計時所需的測試臺尺寸。包括里海大學、內華達大學里諾分校，以及美國科羅拉多大學博爾德分校等研究機構都使用實時的仿真部件來補充建筑物框架中的關鍵結構部件。
對于機械結構的軟件仿真模型所施加的激勵，將會告知硬件對于待測組件施以什么樣的加載力。同樣，位于待測部件上的傳感器通過諸如 NI SC Express等設備將測得的信息反饋給模型。這樣，只需測試的就只是建筑模型的一部分，而不是整個建筑機構，可以將測試的工作量大大降低。此外，結構中的一個部件可以分離出來，從而避免對結構中的其它無需關注的部分造成不必要的疲勞損傷。
對于機械結構的軟件仿真模型所施加的激勵，將會告知硬件對于待測組件施以什么樣的加載力。同樣，位于待測部件上的傳感器通過諸如 NI SC Express等設備將測得的信息反饋給模型。這樣，只需測試的就只是建筑模型的一部分，而不是整個建筑機構，可以將測試的工作量大大降低。此外，結構中的一個部件可以分離出來，從而避免對結構中的其它無需關注的部分造成不必要的疲勞損傷。
圖2.一個實時仿真系統(tǒng)為執(zhí)行器控制環(huán)路提供加載目標，從而為待測單元創(chuàng)造機械仿真模型環(huán)境。
HIL測試應用中，仿真是用來精確地表示電子信號的交互，而在實時機械仿真中，仿真是用來表示待測的機械組件和仿真的機械模型（位移、速度、力）之間的物理作用。前者為待測單元提供一個電子信號，表征仿真的系統(tǒng)當前的狀態(tài)；后者則會通過模型計算出一個力值，并使用一個閉環(huán)控制算法來將這一作用力施加在待測單元上。
圖3. 在此范例中，使用傳感器反饋來提供機械執(zhí)行機構的閉環(huán)控制，將實時仿真和待測物理組件耦合在一起。
HIL測試應用中，仿真是用來精確地表示電子信號的交互，而在實時機械仿真中，仿真是用來表示待測的機械組件和仿真的機械模型（位移、速度、力）之間的物理作用。前者為待測單元提供一個電子信號，表征仿真的系統(tǒng)當前的狀態(tài)；后者則會通過模型計算出一個力值，并使用一個閉環(huán)控制算法來將這一作用力施加在待測單元上。
– Shea Clymer
Shea Clymer是National Instruments公司結構和物理測試的產(chǎn)品市場部經(jīng)理，主要負責伺服液壓結構測試領域。在之前的研發(fā)經(jīng)歷中，他參與開發(fā)了PXI Express集成信號調理產(chǎn)品中的SC Express產(chǎn)品家族。
– Chris Washington
