SiL-simulointityökalujen yhdistäminen

Abstract

Kehittyneellä ohjausjärjestelmällä voidaan toteuttaa liikkuvien työkoneiden ohjaus ja monitorointi käyttäjäystävällisemmin, turvallisemmin ja energiatehokkaammin. Luotettavasti toimiva ohjausjärjestelmä vaatii jatkuvan testauksen tuotekehityksen aikana, jonka takia on oltava työkalut testata ohjausjärjestelmää ilman fyysistä konetta. Työkaluna voidaan käyttää simulaattoria, jossa virtuaalisesti mallinnettu kone eli simulointimalli kytketään ohjausjärjestelmään. Työssä tarkasteltiin Epecin uutta 'MultiTool Simulator' -ohjelmistoa, joka mahdollistaa ohjausjärjestelmän virtualisoinnin. Siihen on tavoitteena toteuttaa yhteensopivuus Simulinkillä toteutettuun simulointimalliin.

Mitä aikaisemmin virheet ohjausjärjestelmästä löydetään, sitä paremmin niitä pystytään korjaamaan. Tuotekehityksessä voidaan käyttää mallipohjaisia kehitystyökaluja, joilla järjestelmä voidaan mallintaa abstraktisti fysikaalisilla yhtälöillä, jolloin myös esimerkiksi energiankulutukseen liittyviä säädinratkaisuja voidaan toteuttaa ja testata jo tuotekehityksen määrittelyvaiheessa MiL-simulaattorilla (model-in-a-loop). Tässä vaiheessa voidaan generoida koodia ohjausjärjestelmään, jolloin koodin generointi voidaan testata ohjelmistotason SiL-simulaattorilla (software-in-a-loop).

Ohjausjärjestelmä koostuu sulautetuiksi järjestelmäksi luokitelluista ohjausyksiköistä, jossa diskreetti tietokonelaskenta yhdistetään jatkuva-aikaiseen reaalimaailmaan. SiL-simulaattorissa tulee siksi ottaa huomioon fyysisen signaalitason korvautuminen ohjelmistotasolla. Toiseksi laskentaa ei SiL-simulaattorissa suoriteta kohdejärjestelmän käyttöjärjestelmällä, jonka takia tarvitaan testausta HiL-simulaattorilla (hardware-in-a-loop). Testauksessa käytetään eri simulaattoreita eri tarkoitukseen.

Simuloinnissa tulee ottaa huomioon simulointiajan vastaavuus ohjaus- ja simulointijärjestelmän välillä, jotta simulaattorilla voidaan testata dynaamisia ominaisuuksia. Siksi tulee huolehtia reaaliaikaisuuden toteutumisesta silloin, kun simulointia suoritetaan reaaliajassa. Simulointia MiL- ja SiL-simulaattoreissa voidaan suorittaa reaaliajasta poiketen, jolloin tulee huolehtia aikasynkronoinnista tapahtumapohjaisesti. Tämän työn tavoitteena on tarkastella, miten simulointiajan vastaavuus voidaan saavuttaa MultiTool Simulaattorissa. Tällä hetkellä se soveltuu staattisien ominaisuuksien testaamiseen, jolloin aikasynkronoinnilla ei ole suurempaa merkitystä. Työssä todettiin reaaliaikaisuushaasteet, koska MultiTool Simulator ei mahdollista ohjausyksiköiden suorittamista reaaliajasta poiketen. Työssä todettiin, että Windows-käyttöjärjestelmällä toteutettu MultiTool Simulator ja Pythonilla toteutettu simulaatiorajapinta eivät ole parhaita ratkaisuja reaaliaikaisuusvaateisen järjestelmän toteuttamiseen.