NIVeriStand使用手册.docx
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NIVeriStand使用手册
Real-TimeTestingandSimulationSoftware
NIVeriStand2010使用手册
DocumentVersion1.0
By慕慕316395914
1.概述
VeriStand2010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。
VeriStand2010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。
NIVeriStand2010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。
本文档介绍了NIVeristand2010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
NIVeriStand2010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Systemtarget，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
下图中黄色曲线为目标转速（SpeedSetpoint），在5s时由2000rpm跳变为3000rpm，紫色曲线为实际转速。
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。
修改后的ECU模型如下所示：
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测试环境
在上一章中，我们准备好了Engine和Ecu的软件模型，在本章中，我们会将其导入到NIVeriStand2010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»NIVeriStand2010»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\NIVeriStand2010\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\NIVeriStand2010\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。
4.创建测试激励信号
在第3章中我们学习了如何用NIVeriStand2010的Workspace建立基本的用户界面。
在本章中将介绍如何使用StimulusPro创建测试激励信号，用于自动化测试。
NIVeriStand中还集成了有许多其他工具，包括警报监控，信号错误管理，TDMSFile观测器等，我们将在后面的章节继续介绍。
4.1.使用StimulusPro
使用NIVeriStand2010下的激励信号编辑器StimulusPro可以创建激励信号，常用的如正弦波、方波、三角波、阶跃信号等可直接拖拽、配置。
1.在ProjectExplorer浏览器中，右键单击Profiles，选择Add»NewStimulusProfile…
1）保存到\NationalInstruments\NIVeriStand2010\Projects\ecuhilhandson\StimulusProfiles文件夹
2.Header标签栏用于指定所记录数据的存放位置Data，可设置分组存放文件夹Groupfolder和指定测试样本编号SampleNumber。
3.转换到Profile标签栏，现在创建一个profile，用于控制发动机的转速
4.首先，我们分配发生器1用于给定目标转速SpeedSetpoint。
初始化为2000rpm，保持20s，增加到3000rpm，保持20s减少到2500rpm，保持10s
1）WithGenerator1选择ed（default）,选择AddMappings.
2）选择Controller»SimulationModels»Models»Ecu»Inports»rpmsetpoint.
3）选择Add»Ramp添加一个斜坡函数作为激励.
4）设置斜坡函数，初始2000:
∙EndPoint:
2000
∙RampMode:
FixedDuration
∙seconds:
0
5）选择Add»Dwell并设置，维持20s:
∙Duration:
20
6）选择Add»Ramp并设置，增加到3000:
∙EndPoint:
3000
∙RampMode:
FixedDuration
∙Duration:
0
7）选择Add»Dwell并设置，维持20s:
∙Duration:
20
8）选择Add»Ramp并设置，减少到2500:
∙EndPoint:
2500
∙RampMode:
FixedDuration
∙Duration:
0
9）选择Add»Dwell并设置，维持10s:
∙
Duration:
10
我们可以并行的有多个激励发生器。
我们要将同时使用Generator1和Generator2给控制器设定目标转速和负载
5.我们为LoadTorque新建一个发生器。
负载初始为25，10s后降低到20，维持20s，之后再加大到25，并维持20s.
1）点击+按钮，添加第二个Generator.
2）选择Step-basedGenerator（default），点击OK
3）选择AddMappings.
4）选择Controller»SimulationModels»Models»Engine»Inports»LoadTroque.
5）选择Add»Ramp，设置初始值为25Nm:
∙EndPoint:
25
∙RampMode:
FixedDuration
∙Duration:
0
6）选择Add»Dwell，设置持续时间10s:
∙Duration:
10
7）选择Add»Ramp，设置减少到20Nm:
∙EndPoint:
20
∙RampMode:
FixedDuration
∙Duration:
0
8）选择Add»Dwell，设置持续时间20s:
∙Duration:
10
9）选择Add»Ramp，设置增加到25Nm:
∙EndPoint:
25
∙RampMode:
FixedDuration
∙Duration:
0
10）选择Add»Dwell，设置持续时间20s:
∙Duration:
20
11）点击OK，完成全部激励设置后如下图所示:
6.选择Logging标签栏.
7.点击+按钮为记录数据添加一个新文件
8.配置记录文件
1）点击browse按钮，选择记录文件指定保存路径
9.切换到Channels标签栏，选择需要记录的信号:
目标转速rpmsetpoint以及模型计算出的’实际转速’EngineSpeed
1）切换到Channels标签页.
2）单击AddChannels.
3）选择Controller»SimulationModels»Models»Ecu»Inports»rpmsetpoint.
4）选择Controller»SimulationModels»Models»Engine»Outports»EngineSpeed.
5）点击OK确认.
可以用多个文件分开记录几组不同条件下的激励信号；也可以选择不同的记录速度，分开记录变化比较慢的信号，减少对传输线路和磁盘空间的占用。
10.保存激励信号，点击Save.
11.点击StimulusPro上的菜单Window»FullSize,隐藏编辑界面.
12.点击StimulusPro上的Run按钮,运行定义好的激励文件
1）观察发动机转速和负载扭矩的变化
4.2.使用TMDS
1.当StimulusProfile运行结束后，可使用TDMS文件浏览器查看所记录的数据
1）打开TDMS文件浏览器（TDMS）。
在workspace的菜单中选择Tools»TDMS
2）单击File»Open.
3）找到创建的记录文件（logfile），test_case1
4）在选中test_case1.tdms.
5）
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