supported by xPC Targetを快適実行！ - MathWorks...real-time simulation and testing supported...

real-time simulation and testing

supported by

2012.10.30

営業技術部戸部英彦

『xPC Targetを快適実行！ Speedgoat社ﾘｱﾙﾀｲﾑｼﾐｭﾚｰﾀ及び事例の紹介』


supported by 目次

１．会社案内

２．モデルベースデザイン

３．RPC & HILS

４．xPC Target Turnkey Solution

５．Speedgoat製品紹介

６．実際にモータを回すまで、、、

７．質疑応答

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supported by １．会社案内

会社名称

設立

株式会社アイダックス

２００１年６月

業務内容 ① データ収集再生装置の開発・製造：無線方式研究用途 ② 海外製品取扱： Nallatech社（英国）、Speedgoat社（スイス） ③ ハード・ソフト受託開発：デジタル信号処理関連

AD&DA,ＦＰＧＡのボード設計が得意な会社。２社のパートナーです。

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A/Dﾕﾆｯﾄ 2ch,14bit, 400MSPS

インターフェースボード PCI-Express x16

データ収集再生装置 PCDAQシリーズ

ボードを組込

Intel CPU Windows XP/Vista/7 RAIDディスク(800MB/sec) カスタマイズに対応！

事例）通信方式研究

・地上波デジタル

・無線LAN

・GPS

・ｳｲﾝﾄﾞﾌﾟﾛﾌｧｲﾗｰ

・CPRIロガー

・侵入者検知

・レーダー

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Speedgoat社：リアルタイムターゲットマシン開発製造・創立：2006年、MathWorks元社員が創立者・所在地：スイスのベルン、ジュネーブ、チューリッヒから９０分・納期：標準１ヶ月

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supported by ２．モデルベースデザイン

制御系設計のＶ字プロセス

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On Target

RCP,

Production

要求分析

仕様作成

完成品

システム

テスト検証 Hardware-

in-the-Loop

Simulation

Modeling

and

Simulation

Rapid Controller

Prototyping Software-

in-the-Loop

Simulation

リアルタイムテスト環境: MBD(検証＆評価を繰り返す)

システムレベル

仕様書

サブシステム

設計

サブシステム

実装

システムレベル

統合テスト

System Design System Testing

Rapid Controller

Prototyping

Hardware-in-the-Loop

Simulation

Targeting

サブシステム

単体テスト

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GAP

シミュレーションからリアルタイムテスト環境への移行

1. SimulinkモデルからはＣコードが自動生成されます！(Simulink Coder) 2. Cコードをハードウェアで実行・検証させるには、、、ボード選択、ドライバ、タイミング、処理時間など多くのプログラミングが必要とされる。

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xPC Target Turnkey: Simulinkを使ったリアルタイムテスト環境です。

MathWorks Speedgoat Customer

xPC Target Turnkey

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supported by ３．RPC & HILS

リアルタイムテストの２つの方式: Rapid Control Prototyping (RCP) Hardware-in-the-Loop (HIL)

System Design

System Testing

Rapid Controller

Prototyping

Hardware-in-the-Loop

simulation

Targeting

リアルタイムテスト環境の２つの利点:

設計の早期な段階でミスを検証できる。新規発想やミスをすばやく再定義して動作検証できる。

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Rapid Control Prototyping (RCP)とは？

ハードウェア（制御対象）ホスト： Simulinkで構築する。

多くのブロックセットやツールを

利用可能です。多くのI/Oを接続イーサネット

(ホスト-ターゲット間)

プラント(制御対象)をリアルタイムターゲットマシンで制御して検証する。

(ハードウェア = 物理的なプラント)

(ソフトウェア評価 = コントローラ)

V

ﾘｱﾙﾀｲﾑﾀｰｹﾞｯﾄﾏｼﾝ：制御方式を試行錯誤する。

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コード生成

ﾘｱﾙﾀｲﾑﾀｰｹﾞｯﾄﾏｼﾝを用いて

プラント（制御対象）を模擬する。

容易に準備出来ない対象に有効。

例えば、巨大なものや高温、

海底、寒冷

Host including your Simulink

plant model

プラントを模擬してコントローラの実際の動作を評価・検証する。 (ソフトウェア = プラント) (ハードウェア評価 = コントローラ)

Hardware-in-the-Loop Simulationとは？ V

センサ、アクチュエータを装備し

完成したコントローラを評価する。多くのI/Oを接続

イーサネット (ホスト-ターゲット間)

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supported by 4. xPC Target Turnkey Solution

Customer

Card

Library(Driver)

Load

コンパイラ

xPC Targetはオプション製品。 xPC Target Turnkeyとは、 xPC TargetとSpeedgoatを一体で使用することです！

※Visual StudioはMicrosoftの登録商標です。

dlm

BootImage

アルゴリズム構築 Cコード自動生成

ライブラリ、リアルタイムカーネル、パラメータ設定、信号モニタ、データロギング

xPC Target Turnkey

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supported by

Constant,Sliderなど設定の変更はターゲットマシンに伝えられ、制御信号が変化する。モニタ表示も変更される。

リアルタイム設定：シミュレーションしながら設定を変更して波形を確認できる。

ターゲットマシン

制御対象

Constant

Slider

4. xPC Target Turnkey Solution

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supported by

表示：スコープでリアルタイムモニタし、ワークスペースに保存する。

Scope

plot サイズの大きいデータは、ターゲットマシンにファイルとして記録も可能。


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supported by

Step Size: ステップ時間内には処理が完了すること。 I/Oに時間が取られる場合が多い。(多チャンネルなど)


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supported by

Execution Plots: タスクの処理時間が判る。


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supported by

リアルタイム・ターゲット・マシン：６種類のプラットフォームを用意。

5. スピードゴート製品紹介

１．パフォーマンス・高性能CPU、低価格２．モバイル・小型、耐環境、ファンレス３．オープンフレーム・カスタマイズ向き４．教育機関向け・低価格５．オートメーション・キャビネット取付FA向き６．モジュラー・Compact-PCI、13ｽﾛｯﾄ

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supported by

アナログ・モジュール：・13種類・多チャンネル・16bit-24bit

型名分解能アナログ入力アナログ出力デジタル

IO101 16 bit 32 ch 8 ch 16ch In/Out


IO103 16 bit 16 ch 8 ch


IO105 16 bit 64 ch

IO106 16 bit 64 ch

IO107 16 bit ー 16 ch

IO108 16 bit 8 ch

IO109 24 bit 12 ch

IO110 16 bit 32 ch

IO111 16 bit 16 ch

IO112 18 bit 32 ch

IO113 18 bit 8 ch

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supported by

I/Oモジュール：多様な種類を用意。

Digital TTL, 12V, 24V, high-drive, opto-coupled, …

Serial RS232, RS422, RS485, SDLC, HDLC, …

Protocols SSI, CAN, SAE J1939, real-time UDP, Raw Ethernet, EtherCAT, EtherNET/IP,

Profibus, Modbus, FlexRay, WebCam, CameraLink, Arinc 429, MIL-

STD-1553, ..

Various Shared memory, LVDT/RVDT, Synchro/Resolver, Crank, Cam, reed relays,

programmable resistors, signal conditioning

IO601: CANモジュール


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supported by

モータ制御システム構築：ﾘｱﾙﾀｲﾑﾃｽﾄ環境を準備する。

モータ制御の信号を洗い出す。


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supported by

システム構成検討：・対応する信号をドライブやＡＤするモジュールを選択する。・モータ制御のＰＷＭ出力にはFPGAモジュールが最適！


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supported by

見積の例：


Performance Realtime Target Machine Core-i5 CPU,4GBメモリ

IO102: 16bit,32ch, AD

IO313: FPGA baced PWM

定価： Performance x1 ６８万円４GBメモリ４万円 320GB HDD ４万円 Core-i5 CPU １５万円 IO102 x1 ５８万円 IO313 x1 ８２万円輸入送料８万円合計：２39万円

注意） NotePCは含まれていません。 MATLAB関連のソフトウェアも含まれていません。

モータドライバ

PMSMモータ

エンコーダ

モジュールを組込ます。

付属品：ケーブル及び端子台

お客様が準備

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supported by

PWM対応FPGAモジュール： FPGAのプログラミングには３種類あります。

１．FPGAコードモジュール SpeedgoatがPWM,CAP,QADを完成させています。HDLプログラム不要です。設定のみで簡単に動作します。２．自動生成 SimulinkのみでFPGAプログラムが合成され動作します。３．ハンドコーディング HDLのためハード設計者がﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑします。 Speedgoat FPGA Programming Kitが用意。


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supported by

１．FPGAコードモジュールドラッグ＆ドロップ、ダイアログ入力でOK


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supported by

SpeedgoatのFPGAｺｰﾄﾞﾓｼﾞｭｰﾙには下記の機能が準備されています。

Code

Module

No. of

channels

Functionality

PWM 3 Pulse Width Modulation for symmetric, asymmetric, single-phase, multi-phase, and deadband

compensation and frequency-modulated pulse trains.

CAP 3 Capture channels to measure pulse and period durations and PWM duty-cycles.

QAD 3 Quadrature decoding of incremental encoder sensors to determine rotation direction and position.

INT 1 Interrupt to support asynchronous events pacing the entire model or a function-call triggered

subsystem using an external source signal.

NEG 1 Negation to sample and acquire for example analog signals based on a trigger event having a

different polarity than the trigger source

DIO X All remaining channels are available for the use as general purpose digital inputs and outputs.

このデフォルトの構成以外の動作が希望の場合は、 Speedgoatが変更したBitを作成します。

１．FPGAコードモジュール


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supported by

PWM(Pulse Width Modulation)の動作について・32bitのカウンタが33MHzでアップ・ダウン動作する。・A出力、B出力、トリガ出力の３信号がセットです。・カウンタはピリオド比較値(C)まで増加して、その後減少し繰り返します。・A信号、B信号にそれぞれ閾値を設定し、その閾値に到達したときに、トグル、High,Low,変更なしを指定する。・これらのパラメータは動作中でもダイナミックに変更出来る。

パラメータ設定画面の例



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supported by

青：A出力青点：A閾値

緑：B出力緑点：B閾値

赤：トリガ出力オレンジ：ピリオド比較値

PWM出力波形の例（時間軸）



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supported by

２．自動合成 Simulink HDL Coderを使いロジック作成出来ます。

Hardware under Test


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supported by

２．自動合成

白色のモデルはCPUが実行して1KHz、緑色のモデルはFPGAが33MHzで処理。


33MHz

1kHz

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supported by

３．ハンドコーディング

・Verilog/VHDLでプログラムすることも可能。・Speedgoat FPGA Engineering Kitがあります。・SimulinkからBitをダウンロードするブロック・Xilinx ISEプロジェクト：ソースコード及びサンプル・Simulink S-Function: ソースコード・ドキュメント


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supported by

付属品：

ケーブル、端子台が全てのI/Oモジュールに付属。


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supported by

カスタマイズ：

アイダックスはボード設計が得意な会社です。

I/O部分のアナログ回路、デジタル回路の

様々なご要望に対応します。

標準には無いものでもお問い合わせ下さい。

Virtex-6コンパクトPCIボード


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supported by

RedBull F1 ECU

FIA F1 ECU 2010

補聴器ノイズキャンセル

ソーラー・パネルインバータ制御


応用事例：

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supported by 7. 実際にモータを回すまで、、、

このモータをデモで回転させる。

パルスを入力のみ

エンコーダ出力もある。

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回転させるまで２日間作業、期間１週間でした。作業内容）１．部品手配： 1.5mmピッチコネクタ、24V電源２ｈ２．基板作成：ハンダ付け、ケーブル作成６ｈ３．Speedgoat：ピン配置、モデル作成４ｈ４．Simulink： PWM出力、エンコーダ表示４ｈ

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簡単な動作ですが、回転しました。展示場所でお待ちしております。

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supported by 最後に

お問い合わせは：

〒167-0042

東京都杉並区西荻北 3-13-5 TEL : 03-6762-1210 FAX : 03-6762-1211 Email : [email protected] WEB : http://www.idaqs.jp

営業技術部戸部英彦

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