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 2012.10.30
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
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
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
1. 会社案内 5
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
2. モデルベースデザイン 制御系設計の V 字プロセス 7
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
4. xpc Target Turnkey Solution Execution Plots: タスクの処理時間が判る 18
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
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 IO101 16 bit 32 ch 8 ch 16ch In/Out IO102 16 bit 32 ch 4 ch 8ch In/Out IO103 16 bit 16 ch 8 ch IO104 16 bit 8 ch 4 ch 8ch In/Out IO105 16 bit 64 ch IO106 16 bit 64 ch ー ー ー ー IO107 16 bit ー 16 ch IO108 16 bit ー 8 ch ー ー IO109 24 bit 12 ch ー ー IO110 16 bit ー 32 ch IO111 16 bit ー 16 ch ー ー IO112 18 bit 32 ch ー ー IO113 18 bit ー 8 ch ー 20
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 2010 35
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
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
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
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 : hidehiko@idaqs.jp WEB : http://www.idaqs.jp 営業技術部戸部英彦 39