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1 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 営業技術部戸部英彦

2 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 2

3 1. 会社案内 会社名称 株式会社アイダックス 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 設立 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 3

4 1. 会社案内 A/D ユニット 2ch,14bit, 400MSPS データ収集再生装置 PCDAQ シリーズ 事例 ) 通信方式研究 地上波デジタル 無線 LAN GPS ウイント フ ロファイラー CPRI ロガー 侵入者検知 レーダー インターフェースボード PCI-Express x16 ボードを組込カスタマイズに対応! Intel CPU Windows XP/Vista/7 RAIDディスク (800MB/sec) 4

5 1. 会社案内 5

6 1. 会社案内 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 6

7 2. モデルベースデザイン 制御系設計の V 字プロセス 7

8 2. モデルベースデザイン リアルタイムテスト環境 : MBD( 検証 & 評価を繰り返す ) System Design System Testing 要求分析仕様作成 システムレベル仕様書 Modeling and Simulation サブシステム設計 Rapid Controller Prototyping Rapid Controller Prototyping Targeting Hardware-inthe-Loop Simulation Softwarein-the-Loop Simulation Hardwarein-the-Loop Simulation システムレベル統合テスト 完成品システムテスト検証 サブシステム実装 On Target RCP, Production サブシステム単体テスト 8

9 2. モデルベースデザイン 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 GAP 9

10 2. モデルベースデザイン xpc Target Turnkey: Simulink を使ったリアルタイムテスト環境です xpc Target Turnkey MathWorks Speedgoat Customer 10

11 3.RPC & HILS 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 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 Rapid Controller Prototyping System Testing Hardware-inthe-Loop simulation Targeting 11

12 3.RPC & HILS Rapid Control Prototyping (RCP) とは? V 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 ) 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 リアルタイムターケ ットマシン : 制御方式を試行錯誤する イーサネット ( ホスト - ターゲット間 ) ハードウェア ( 制御対象 ) 多くの I/O を接続 12

13 3.RPC & HILS Hardware-in-the-Loop Simulation とは? V 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 ) コード生成 Host including your Simulink plant model 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 ) リアルタイムターケ 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 13

14 4. xpc Target Turnkey Solution アルゴリズム構築 C コード自動生成 コンパイラ Library(Driver) 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 BootImage dlm Load Card Customer 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! xpc Target Turnkey Visual Studio は Microsoft の登録商標です 14

15 4. xpc Target Turnkey Solution 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 Slider Constant 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 制御対象 15

16 4. xpc Target Turnkey Solution 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 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 plot 16

17 4. xpc Target Turnkey Solution 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 ) 17

18 4. xpc Target Turnkey Solution Execution Plots: タスクの処理時間が判る 18

19 5. スピードゴート製品紹介 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 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 19

20 5. スピードゴート製品紹介 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 IO bit 32 ch 8 ch 16ch In/Out IO bit 32 ch 4 ch 8ch In/Out IO bit 16 ch 8 ch IO bit 8 ch 4 ch 8ch In/Out IO bit 64 ch IO bit 64 ch ー ー ー ー IO bit ー 16 ch IO bit ー 8 ch ー ー IO bit 12 ch ー ー IO bit ー 32 ch IO bit ー 16 ch ー ー IO bit 32 ch ー ー IO bit ー 8 ch ー 20

21 5. スピードゴート製品紹介 I/O モジュール : 多様な種類を用意 IO601: CAN モジュール Digital Serial Protocols STD-1553,.. Various TTL, 12V, 24V, high-drive, opto-coupled, RS232, RS422, RS485, SDLC, HDLC, SSI, CAN, SAE J1939, real-time UDP, Raw Ethernet, EtherCAT, EtherNET/IP, Profibus, Modbus, FlexRay, WebCam, CameraLink, Arinc 429, MIL- Shared memory, LVDT/RVDT, Synchro/Resolver, Crank, Cam, reed relays, programmable resistors, signal conditioning 21

22 5. スピードゴート製品紹介 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 22

23 5. スピードゴート製品紹介 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! 23

24 5. スピードゴート製品紹介 IO102: 16bit,32ch, AD 見積の例 : 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 付属品 : ケーブル及び端子台 お客様が準備 エンコーダ モジュールを組込ます Performance Realtime Target Machine Core-i5 CPU,4GB メモリ モータドライバ 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 PMSM モータ 24

25 5. スピードゴート製品紹介 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 ロク ラムします Speedgoat FPGA Programming Kit が用意 25

26 5. スピードゴート製品紹介 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 26

27 5. スピードゴート製品紹介 1.FPGA コードモジュール Speedgoat の FPGA コート モシ 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 27

28 5. スピードゴート製品紹介 1.FPGAコードモジュール 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 28

29 5. スピードゴート製品紹介 1.FPGA コードモジュール PWM 出力波形の例 ( 時間軸 ) 青 :A 出力緑 :B 出力赤 : トリガ出力 青点 :A 閾値緑点 :B 閾値オレンジ : ピリオド比較値 29

30 5. スピードゴート製品紹介 2. 自動合成 Simulink HDL Coder を使いロジック作成出来ます Hardware under Test 30

31 5. スピードゴート製品紹介 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 31

32 5. スピードゴート製品紹介 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 32

33 5. スピードゴート製品紹介 付属品 : ケーブル 端子台が全ての I/O モジュールに付属 33

34 5. スピードゴート製品紹介 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 34

35 5. スピードゴート製品紹介 応用事例 : RedBull F1 ECU 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 FIA F1 ECU

36 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 36

37 7. 実際にモータを回すまで 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 2. 基板作成 : ハンダ付け ケーブル作成 3.Speedgoat: ピン配置 モデル作成 4.Simulink: PWM 出力 エンコーダ表示 2h 6h 4h 4h 37

38 7. 実際にモータを回すまで 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 38

39 最後に お問い合わせは : 東京都杉並区西荻北 TEL : FAX : hidehiko@idaqs.jp WEB : 営業技術部戸部英彦 39