NI VeriStand 使用手册概述 建模 创建MiL环境.docx

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NIVeriStand使用手册概述建模创建MiL环境

NIVeriStand使用手册（概述|建模|创建MiL环境）

1.概述3

2.创建软件模型4

2.1.创建被控对象模型4

2.2.创建控制器模型9

3.创建MIL测试环境11

4.创建测试激励信号20

4.1.使用STIMULUSPROFILEEDITOR20

4.2.使用TMDSFILEVIEWER26

5.VERISTAND高级功能28

5.1.使用USERCHANNELS、PROCEDURES、ALARMS28

5.2.使用CALCULATEDCHANNELS33

6.创建HIL测试系统39

6.1.添加实时目标机39

6.2.添加NIDAQ设备41

6.3.添加NIR系列设备43

6.4.添加NI故障注入模块44

6.5.添加NICOMPACTRIO硬件47

6.6.添加NIXNET硬件48

6.7.添加TDK-LAMBDA可编程电源53

6.8.更改软硬件端口映射57

6.9.更改模型运行设置58

1.概述

VeriStand是美国NationalInstruments公司专门针对HiL仿真测试系统而开发出的软件环境。

VeriStand是一种基于配置的软件环境，它简单易用，无需编程就完成实时测试系统的创建，实现HiL测试中所需的各种功能。

NIVeriStand能够配置模拟、数字和基于FPGA的硬件I/O接口；能够配置激励生成、记录数据、计算通道和事件警报；能够从NILabVIEW和MathWorksSimulink®等建模环境中导入控制算法和仿真模型；能够利用操作界面实时在线监控运行任务并与之交互。

  本文介绍了NIVeristand各项主要功能的使用方法，并按照通用的开发测试顺序编写，主要内容包括：

@创建软件模型；

@创建MiL测试系统；

@实现自动化测试、记录数据；

@创建HiL测试系统。

2.创建软件模型

NIVeriStand可以利用*.dll文件导入由Matlab/Simulink/Stateflow创建的算法或仿真模型，下图所示为Simulink模型导入NIVeriStand的过程：

注意：

NIVeriStand支持的编译器包括MicrosoftVisualC++6.0,.NET2003,2005（ProfessionalorExpress）,or2008（ProfessionalorExpress）.

在本章中具体介绍了上述过程的操作步骤，将一个在Matlab/Simulink环境下创建的*.mdl文件转换为NIVeriStand所支持的*.dll文件。

下面用到的仿真模型来自Matlab/Simulink的Demos：

•发动机Engine模型：

ModelingEngineTimingUsingTriggeredSubsystems

•控制器ECU模型：

EngineTimingModelwithClosedLoopControl

2.1.创建被控对象模型

下面过程将演示如何将Simulink中的发动机Engine模型，转换为VeriStand可用的被控对象模型。

1.打开Simulink模型：

ModelingEngineTimingUsingTriggeredSubsystem

另存到新建工作目录中，例如D:

\NIVS_HandsOn，为避免和原有模型冲突，重命名为Engine.mdl

该发动机模型要求的输入信号为

•ThrottleAngle节气门开度

•DragTorque拖拽扭矩（负载扭矩）

输出信号为

•EngineSpeed发动机转速

关于该模型的具体信息，请参考Simulink帮助文档。

运行后结果如下所示，上图为发动机模型所需输入信号，黄色曲线为负载扭矩，紫色曲线为节气门开度；下图中为发动机模型计算的输出信号，黄色曲线为发动机转速。

1）0~5s，节气门开度不变，负载扭矩在2s时，由25Nm下降到20Nm，发动机转速因负载扭矩变小而提高；

2）5s时，节气门开度增加，负载不变时，发动机转速快速升高；

3）8s时，负载扭矩再次增加，节气门开度不变，转速下降。

2.正确安装VeriStand后，在SimulinkLibraryBrowser中会自动添加NIVeriStandBlocks，如下图所示：

3.修改模型

1）将模型中需要做映射的端口，用相应的NIVeriStandIn和NIVeriStandOut替代；

2）在Simulink模型最上层中添加BlockNIVeriStandSignalProbe，添加后下层所有模块的参数也都可以通过VeriStand观测或者修改；

3）取消原Simulink模型中SignalProperties下有关datalogging的选项。

4）完成修改后的发动机模型如下所示：

4.设置编译环境并编译

1）打开Simulink模型的ConfigurationParameters（快捷键：

Ctrl+E）,

2）在Real-TimeWorkshop中，指定Systemtargetfile为NIVeriStand.tlc，点击OK确认。

注意：

如果实时目标机为cRIO系列，此处要选择NIVeriStand_VxWorks.tlc

3）回到Solver页面，选择定步长求解器：

fixedstep-sizeordinarydifferentialequation（ODE）solver

注意：

NIVeriStand只支持使用定步长的常微分方程求解器

4）指定步长：

Fixed-stepsize（fundamentalsampletime）为0.001，也就是1kHz

注意：

步长越小仿真模型计算越准确，但相应的会消耗更多技术资源。

修改完步长后，要再次运行仿真模型，观察结果，既要避免因步长选择过大，出现如无法收敛，计算精度无法满足要求，又要避免过小的步长造成cpu运算负担过大，影响实时性。

5）点击IncrementalBuild图标或者Ctrl+B，开始编译

6）编译成功后，Matlab的CommandWindows中出现下列提示，

###SuccessfulcompletionofReal-TimeWorkshopbuildprocedureformodel:

ModelName，

并生成与Engine.mdl同名的Engine.dll文件，保存在新生成的Engine_niVeriStand_rtw文件夹内。

2.2.创建控制器模型

在Simulink提供的DemoEngineTimingModelwithClosedLoopControl中包含了控制器ECU的算法。

我们需要把其中的控制器（Controller）算法从闭环模型中分割出来，建立单独的ECU模型，并编译为对应的*.dll文件。

Controller采用PI控制算法，可根据目标发动机转速，结合发动机模型中的负载扭矩，计算出节气门开度，最终使发动机实际转速与目标转速一致。

下图中黄色曲线为发动机负载曲线，紫色曲线为控制器输出的节气门开度

1）2s时，由25Nm变为20Nm

2）8s时，由20Nm变为25Nm

1.分割、修改ECU模型

1）打开所需的Demo：

EngineTimingModelwithClosedLoopControl

2）提取模型中的Controller子模块

3）添加NIVeriStandIn、NIVeriStandOut和NIVeriStandSignalProbe，另存为Ecu.mdl。

2.设置编译环境并编译，最终生成所需的Ecu.dll文件。

具体配置过程请参考发动机模型转换部分。

3.创建MiL测试

准备好了Engine和Ecu的软件模型，在本章中，将其导入到NIVeriStand中，创建一个MiL（Model-in-the-Loop）测试环境，并介绍如何在WorkSpace中添加控件，控制和观察Engine、Ecu的行为。

1.运行NIVeriStand

Start»ProgramFiles»NationalInstruments»NIVeriStand»NIVeriStand.

2.新建一个项目（Createanewproject）.

1）选择File»NewProject.

2）在ProjectName中输入项目名称：

ecuhilhandson.

3）指定项目根目录ProjectRootFolder到\NationalInstruments\NIVeriStand\Projects

4）勾选Createfolderforproject.

5）点击OK确认.

3.点击ConfigureProject,打开项目浏览器ProjectExplorer.

项目浏览器（ProjectExplorer）用于配置测试所需的全部设置。

通过ProjectExplorer可以部署（Deploy）和运行（Run）系统定义文件。

项目浏览器包括所有运行和自动化测试所需关键的参数，同时也可以添加定制文件。

4.展开SystemDefinitionFile节点.

5.鼠标右键单击.nivssdf文件，选择LaunchSystemExplorer.

系统浏览器（SystemExplorer）用于创建NIVeristand系统定义文件。

系统定义文件是一个配置NIVeristand引擎特性的文件。

通过添加，删除和修改位于系统浏览器左部的各项配置可以定义各种属性，包括NIVeriStand引擎的执行方式、硬件端口、计算通道、对仿真模型的控制、报警，执行顺序以及管理通道之间的映射关系。

完成系统定义文件的设置后，它将被部署到NIVeriStand引擎并开始运行。

6.添加发动机Engine模型

1）展开Targets»Controller，点击SimulationModels；

2）添加模型AddSimulationModel.

3）将目录转换到Engine.dll所在目录

4）选择Engine.dll，单击OK.确认；发动机模型有2个输入（节气门开度和负载扭矩）和1个输出（发动机输出）。

7.添加控制器ECU模型

1）点击SimulationModels，添加仿真模型AddSimulationModel；

2）选择Ecu.dll，单击OK确认。

控制器模型包含2个输入（目标转速rpm和实际转速rad/s）和1个输出（节气门位置）。

目标转速由上位机给定、实际转速来自于发动机模型，ECU计算出的节气门位置再传递给发动机模型。

8.调整发动机模型和控制器模型的运行顺序

1）在SystemExplorer左侧的树状结构中选择ExecutionOrder;

2）将发动机模型的色条由Group1拖到Group2

9.现在需要将发动机和控制器模型的输入输出端口映射到一起

1）从菜单中选择Tools»EditMappings

2）从Sources来源窗口中选择SimulationModels»Models»Ecu»Outports»throttleanglesetpoint

3）从Destinations目标窗口中选择SimulationModels»Models»Engine»Inports»ThrottleAngle.

4）点击Connect，完成两个信号的相互映射

10.NIVeriStand中也可以实现批量导入导出映射配置文件

1）在SystemMapping的工具条上点击Open.

2）选择文件映射文件\NationalInstruments\NIVeriStand\Projects\ecuhilhandson\ecuhilmapping.txt.

3）点击Import，导入剩余的映射配置到VeriStand中.

4）点击Exit，所有的映射关系会在Mappings的列表中显示出来

11.添加标定参数，实现在线标定功能

1）展开Models»Ecu»Parameters，里面包含了Simulink模型中所有Block的参数

2）双击Source窗口中的ProportionalGain，添加PI控制器的比例系数

3）双击Source窗口中的IntegralGain，添加PI控制器的积分系数

Imported中会出现在Source窗口中双击选定的参数，这些参数可以进行在线的调整参数。

添加完毕后，保存，如果出现下列错误提示。

直接选择Continue即可，不会影响后续操作。

12.在SystemExplorer的树状节点中选择Controller

13.改变目标速率TargetRate为1000Hz（1kHz）.

14.保存并且关闭系统浏览器SystemExplorer

至此我们已经导入了所需的模型并且将端口映射到了一起，下面就可以将系统定义文件部署到计算机中并开始运行。

通过在Workspace中添加相应控件，可以设定发动机目标转速，然后观察控制器是如何通过调整节气门开度，使发动机达到指定转速的。

15.选择Operate»Run,部署和执行系统定义文件

16.点击Screen»ScreenProperties…从中可以修改页面（screen）名称

1）Namethescreen：

MIL.

2）选择OK.

17.切换到编辑模式，可以添加控件。

选择Screen»EditModeorCTRL+M.

18.从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个图形控件Graph（Simple）

1）名称GraphTitle:

EngineSpeed

2）选择通道Channel:

Controller»SimulationModels»Models»Engine»Outports»EngineSpeed

3）点击 将EngineSpeed添加到Graph中

4）选择Format&Precision标签

5）修改Y轴的显示范围最大值Maximum:

5000和最小值Minimum:

0

6）修改Y轴坐标名称scaleLabel:

rpm

7）修改X轴坐标名称scalelabel:

time

19.从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个数字控件NumericControl（Medium）

•选择通道Channel:

Controller»SimulationModels»Models»Ecu»Inports»rpmSetpoint

•填写控件名称ControlLabel:

 rpmSetpoint

20.从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个数字控件NumericControl（Medium）

•选择通道Channel:

Controller»SimulationModels»Models»Engine»Inports»LoadTorque

•填写控件名称ControlLabel:

 LoadTorque

21.退出编辑模式，选择Screen»EditMode（Ctrl+M）.

22.添加对Engine模型运行的控制，从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个模型控件Model（ModelControl）

•Model:

 Controller/Ecu

23.添加对Ecu模型运行的控制，从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个模型控件Model（ModelControl）

•Model:

 Controller/Engine

24.修改Ecu控制器中的I参数，从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个模型标定控件ModelCalibrationControl（Medium）

•需要标定的通道名称Calibration：

ECU/Controller/IntegralGain/Gain

•填写控件名称ControlLabel:

I参数

25.修改Ecu控制器中的P参数，从左侧的WorkspaceControls栏中，拖拽一个模型标定控件ModelCalibrationControl（Medium）

•需要标定的通道名称Calibration:

ECU/Controller/ProportionalGain/Gain

•填写控件名称ControlLabel:

P参数

26.至此基本的MiL测试环境创建完成，可以改变目标转速和负载，验证Ecu控制器中的算法是否满足要求，也就是实际转速能否快速、稳定的跟随目标转速。

并能通过修改P、I参数，优化Ecu的控制效果，并确定出最佳数值。