使用NI PXI和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊有效簡化硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)

Author(s):
Averna Thales - Canada, Aerospace Division

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
Software, PXI/CompactPCI, Real-Time

The Challenge:
創(chuàng)建一個(gè)硬件在環(huán)平臺，該平臺有著每秒重復(fù)1000次的確定性循環(huán)速率，可以管理數(shù)以千計(jì)的I/O端口，可以適應(yīng)高達(dá)2000路通道而沒有性能的損失，集成多于10個(gè)可以實(shí)時(shí)運(yùn)行設(shè)備模型的節(jié)點(diǎn)，并且以千萬分之一秒的定時(shí)抖動(dòng)共享仿真和I/O數(shù)據(jù)。所有需要實(shí)現(xiàn)的功能都要求嚴(yán)格的完成時(shí)間表和具有很高的成本效益。

The Solution:
使用多個(gè)NI PXI機(jī)箱和各種具有模擬和數(shù)字I/O端口的NI 模塊、ARINC-429硬件，集成在微軟Windows平臺上開發(fā)的高效LabVIEW和LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊，以及由反射內(nèi)存卡和TCP/IP組成網(wǎng)絡(luò)的PXI節(jié)點(diǎn)。

許多年來，航空和汽車設(shè)計(jì)工程師們使用半實(shí)物仿真設(shè)備來縮短開發(fā)周期。他們可以對新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行高速仿真，并與現(xiàn)有硬件的輸入和輸出信號進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，進(jìn)而以前所未有的效率進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。隨著這類系統(tǒng)在設(shè)計(jì)流程中逐漸扮演起關(guān)鍵的角色，提出了一個(gè)新需求就是以具有成本效益的方式實(shí)現(xiàn)非常靈活而高性能的半實(shí)物設(shè)備。基于開發(fā)時(shí)間、成本和維護(hù)的考慮，這些設(shè)備需要具有可以集成多個(gè)開發(fā)商技術(shù)和使用即時(shí)可用部件的能力。NI 公司的PXI 和LabVIEW 平臺則為我們提供了一個(gè)理想的解決方案。

我們的客戶，Thales Canada公司的航空部門，主要致力于設(shè)計(jì)現(xiàn)代的電子飛行控制器，他們需要使用半實(shí)物系統(tǒng)對設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具進(jìn)行戰(zhàn)略性的更新。該系統(tǒng)需要確定性地集成數(shù)百路數(shù)據(jù)通道以及一個(gè)包含可以在十個(gè)以上計(jì)算節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行設(shè)備模型的系統(tǒng)。這些節(jié)點(diǎn)間的相互依賴性還要求將計(jì)算或采集到的數(shù)據(jù)在全系統(tǒng)范圍內(nèi)發(fā)送同時(shí)具有10ms級的非常低的延時(shí)。為了獲得系統(tǒng)的瞬態(tài)參數(shù)，需要1kHz的閉環(huán)速率來同步采集所有的輸入數(shù)據(jù)，通過模型計(jì)算更新所有的輸出和步驟。

圖1.基于PXI 的硬件在環(huán)系統(tǒng)

新型的半實(shí)物設(shè)備需要與未來的產(chǎn)品兼容，所以它必須是一個(gè)非常靈活的系統(tǒng)，可以將硬件資源和物理信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)結(jié)合，可以在無性能損失的情況下對高達(dá)2000 路通道進(jìn)行操作，而且在為新的測試設(shè)定而重新配置時(shí)擁有魯棒而健全的系統(tǒng)完整性檢查功能。

圖2.用于系統(tǒng)配置的虛擬儀器

解決方案還需要將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳盡的記錄，并且通過多址接入控制的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)同樣靈活的和動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)圖解和表格數(shù)據(jù)查看功能。

Thales公司的工程團(tuán)隊(duì)詳細(xì)的描述了所有的性能指標(biāo)，并且將系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)任務(wù)外包給了Averna 公司。Averna 公司對于這一整套富有挑戰(zhàn)性的指標(biāo)的解決方案如下所示。