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什么是硬件在环仿真呢?

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【专家解说】:硬件在环仿真系统是一套实时性要求较高的软硬件系统,它的发展依赖于微电子技术和计算机技术的发展。硬件在环仿真的研究和开发也是随着近几年电子技术和计算机技术的发展而发展起来的。 国外企业及研究院所在这方面的研究起步较早,目前取得了一些实用性的成果,比较有代表性的主要有dSPACE公司,ADI公司等。 硬件在环仿真系统是由处理器模板与外围I/O板通过ISA总线构成的多处理器系统。处理器之间的数据传输速率高达1Gb/s以上。I/O板和处理器之间可通过共享内存/光纤接口进行数据交换。用户可以根据自己的需要扩展处理器模板,以构建合适的仿真系统。在软件方面,采用Mathworks公司的、Stateflow进行算法的开发、系统的建模、离线仿真;利用实时接口(RTI)作为连接dSPACE实时系统与软件开发工具Matlab/Simulink之间的纽带;通过实时工作间(RTW)实现从Simulink模型到dSPACE实时运行硬件代码的无缝自动下载。另外,dSPACE还提供了综合试验环境ControlDesk,可以对实验过程进行综合管理。 是一个基于VME总线的分布式处理器仿真系统,它由高速计算机和高速I/O系统组成,而且可以连接成局域网。仿真系统中的通信处理器在运行中就像VME总线的主模板一样,为总线上的所有处理器之间的通信服务。在软件方面,ADRTS是由ADI公司自己开发的仿真语言提供支持。ADSIM不仅具有很高的执行速度,而且还具有在线人机对话功能,可以在不重新编译的情况下改变参数或积分算法、选择变量进行绘图和显示等。 以上的仿真平台都需要独立的处理器模板来实现对高实时性能的要求,但是为了开发支持不同应用场景的仿真系统,需要扩展模块来实现互联,这大大提高了设备的成本,一般应用在科研领域,而对于规模较大的应用将使成本难以承受。 在国内,清华大学已经开发出仿真支撑系统VCS3,它基于PC平台,有效地降低了设备成本,扩大了应用范围。但是在图形界面方面,VCS3并没有支持三维视景。 本文查阅了相关文献,了解了目前国内外硬件在环仿真测试系统的发展动态和方向。研究了相关技术,提出了切实可行又有一定前瞻性的仿真测试平台开发方案,降低了系统开发成本,提高了系统的用户界面的互操作性和直观性。 基于西门子全集成自动化体系的软硬件环境,分析当前仿真测试系统的实际系统功能需求和质量需求,给出了仿真测试平台的软件体系结构。 对满足系统功能和质量属性的相关技术进行研究,提出一组实现战术,并设计实现了仿真测试平台,设计实现过程中运用面向对象技术及多种设计模式以屏蔽变化,实现粗粒度的复用。 在仿真测试平台的基础上,开发了风力发电机仿真测试系统,并对实际性能及开发效率做了评估。 本章主要阐述系统设计实现中所涉及的主要相关理论和核心技术。平台在全集成自动化的概念框架下,实现了与西门子自动化控制系统软硬件的兼容,硬件方面实现对多型号可编程逻辑控制器的支持;软件方面,实现对西门子Step7集成开发环境,及WinCC组态等软件的兼容。为了弥补现有系统在界面交互上的不足,平台集成了三维图形引擎,以实现三维视景仿真。在平台设计和实现过程中,为了实现粗粒度的复用,运用了软件体系结构和设计模式相关知识。

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