RT-LAB La puissance répartie en temps réel

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1 RT-LAB La puissance répartie en temps réel Conception par modélisation et prototypage virtuel Prototypage et mise à l essai de systèmes de commande Systèmes de commande intégrés Enregistrement des données Description du produit Fonctionnalités détaillées Usages typiques D E L I M A G I N A T I O N A U T E M P S R É E L w w w. o p a l - r t. c o m

2 Outils de modélisation en temps réel RT-LAB : puissance répartie en temps réel Développement par blocs-diagrammes et prototypage virtuel Prototypage et mise à l essai de commandes Commandes intégrées Enregistrement de données Fonctionnalités principales Mise au point de modèle temps réel Intégration parfaite avec MATLAB/Simulink/ Stateflow/SimPowerSystems/Real Time Workshop et avec MATRIXx/SystemBuild/ AutoCode Ensemble de blocs spécialisés pour le traitement réparti, les communications inter-noeuds et les E/S (entrées/sorties) de signaux Interface utilisateur «Six clics jusqu au temps réel» RT-LAB MD est une technologie temps réel qui facilite le design basé sur la modélisation. Sa flexibilité et son architecture ouverte permettent de l appliquer à tout problème de commande ou de simulation, que ce soit un système en boucle fermée (HIL) ou l accélération marquée de l exécution d un modèle. Il est extensible et offre donc un portail sûr pour n importe quel type d application et permettant au développeur d ajouter de la puissance de calcul où et quand il en a besoin, que ce soit pour la simulation rapide ou la simulation en boucle fermée. Mariage de complexité et de simplicité RT-LAB est une plateforme temps réel ouverte et extensible, de calibre industriel, destinée aux équipes d ingénierie qui doivent se servir de modèles mathématiques de systèmes dynamiques conçus au moyen de MATLAB/Simulink ou MATRIXx/SystemBuild pour effectuer des simulations, des essais de contrôle ou des opérations connexes. Vu la complexité de tels modèles, il est souvent impossible de les exécuter en temps réel sur un seul processeur. RT-LAB propose des outils permettant d effectuer des simulations de modèles d une haute complexité sur un réseau de machines d exécution répartie, qui communiquent au moyen de technologies à faible délai de réponse, de façon à fournir le rendement requis. L extensibilité de RT-LAB a aussi un autre effet. Sa conception modulaire rend possible la création de systèmes économiques en fournissant seulement les modules nécessaires à l utilisation, ce qui réduit les exigences de puissance de calcul et permet aux utilisateurs d atteindre leurs objectifs de coût. Il s agit là d une caractéristique essentielle pour les applications intégrées à haut volume. Interface de programmation (API) souple permettant à l utilisateur de développer ses propres applications, avec des outils pour LabVIEW, C++, MATLAB, Visual Basic, TestStand, Python ou des environnements virtuels 3D Prise en charge des modèles de CarSim/ TruckSim, GT-Power, AMESim, Dymola, ainsi que le code patrimonial en C, C++ et FORTRAN 90/95 Fonctionnalités d exécution Exécution répartie synchronisée sur plusieurs processeurs, y compris des unités à carte-mère multiprocesseur Communication interprocesseur par mémoire partagée, FireWire, SignalWire ou InfiniBand Panneau intégré pour le contrôle et la visualisation des signaux Visualisation dynamique des signaux - contrôle de n importe quel signal pendant l exécution Éditeur de paramètres en ligne modification des paramètres pendant l exécution (manuellement ou par fichier de paramètres) Prise en charge de nombreuses cartes d E/S (plus de 100 dispositifs compatibles) Choix de systèmes d exploitation temps réel : QNX, RedHawk Linux (ou Windows pour le temps réel doux) Caractéristiques de rendement Mode XHP - mode haute vitesse permettant la simulation en boucle fermée à des cycles de moins de 10 microsecondes Ordonnanceur temps réel dur optimisé haute performance et faible latence 2 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

3 Technologies commerciales RT-LAB est la première solution de simulation et de contrôle entièrement adaptable, permettant de séparer les modèles en vue de l exécution en parallèle sur un réseau de processeurs d exécution PC standard, PC/104 ou serveurs multiprocesseurs symétriques. Encouragés par la demande du marché de masse, les utilisateurs peuvent profiter des progrès rapides d une grande variété de technologies facilement accessibles, à prix relativement bas. RT-LAB emploie les protocoles de communication Ethernet, FireWire (IEEE 1394 et 1394b), InfiniBand, SignalWire et une large gamme de cartes E/S analogiques et numériques de type ISA, PCI, PXI et PCMCIA. ÉQUIPEMENTS DE TESTS ET SIMULATEURS LOGICIELS COMPOSANTES MATÉRIELLES SERVICES PROFESSIONNELS MATÉRIEL DANS LA BOUCLE La performance du temps réel dur Fruit de nombreuses années de recherche, RT-LAB fournit la meilleure performance temps réel dur de tout système à plateforme PC et assure une exécution parallèle sans subtile modification dans le comportement du modèle, sans introduction de délais parasites en temps réel et sans blocages. De plus, grâce à son nouveau mode XHP, RT-LAB réussit à atteindre des temps de cycle inférieurs à 10 microsecondes (100 khz), avec une latence se mesurant en nanosecondes. Choix de systèmes d exploitation temps réel RT-LAB est la seule solution qui offre le choix entre deux systèmes d exploitation temps réel de haute performance. RT-LAB est utilisable avec QNX, un système d exploitation temps réel reconnu pour ses performances lors de projets d ingénierie critiques, et avec RedHawk Linux, le réputé système d exploitation Linux au code source libre venant de Concurrent Computer Corp. RT-LAB offre aussi la possibilité d utiliser Windows comme système d exploitation pour le temps réel doux (soft real-time). Productivité rapide Grâce à sa grande ergonomie, RT-LAB vous permet de mettre au point votre solution temps réel dans un minimum de temps. Son étroite intégration avec Simulink et SystemBuild fait en sorte qu il vous suffit de concevoir votre modèle, d y intégrer nos blocs temps réel particuliers et, au besoin, nos solveurs à pas fixes spéciaux pour qu il soit prêt pour l exécution répartie sur le ou les processeurs d exécution. RT-LAB s occupe du reste : son interface d utilisation facile vous aide à passer de l étape du modèle à celle de la simulation en temps réel en quelques clics. RT-LAB prend en charge plusieurs outils de modélisation haute fidélité spécialisés qui vous permettent de créer le modèle d un système, de l incorporer dans Simulink et de l exécuter en temps réel. Voir aussi la section portant sur les outils de modélisation de tiers actuellement pris en charge. Enfin, pour terminer votre application, les outils API de RT-LAB vous permettent, sans programmation supplémentaire, de vous connecter facilement à des outils de visualisation en ligne comme LabVIEW, WorldUp et Altia, ou encore à vos propres applications réalisées avec MATLAB, Python, Visual Basic ou C++. Réduction des risques RT-LAB vous permet de faire passer vos modèles dynamiques Simulink ou SystemBuild à une version temps réel en boucle fermée en peu de temps et à prix concurrentiel. Grâce à son adaptabilité et son utilisation de technologies commerciales, votre investissement initial restera modeste et vous pourrez ajouter de la puissance de calcul au rythme de vos besoins. La performance et l ergonomie de RT-LAB vous éviteront les problèmes de calcul et de mise au point généralement reliés aux applications techniques en temps réel : vous produirez ainsi une solution optimale, dans le respect des délais et des budgets. 3

4 Outils de modélisation en temps réel Emplois typiques de RT-LAB Simulation haute fidélité de processus Prototypage de systèmes de commande Acquisition de données et régulation intégrées RT-LAB s emploie dans de multiples domaines, allant de la mise au point et des essais de blocs de commande électronique (ECU) pour véhicules jusqu aux contrôleurs de propulsion de fusées. On le retrouve surtout dans les catégories suivantes : Simulation haute fidélité de processus Analyse en temps réel de la dynamique de systèmes Plusieurs projets ont pour objectif d intégrer les composantes d un système global. Ainsi, un aéronef est constitué de plusieurs sous-systèmes aux nombreuses interactions. La manière la plus efficace de réaliser l intégration d un système est d en tester les composantes dans un environnement virtuel, de façon à leur «faire croire» qu elles agissent dans leur environnement courant. Des contributions réalistes, comme celles fournies par un pilote, se répercutent ainsi sur l ensemble du système. Tests de composantes mécaniques sur plateforme virtuelle On tend de plus en plus à utiliser des cellules d'essais reproduisant le comportement dynamique des systèmes afin de tester de nouvelles composantes d'ingénierie qui leur sont destinées. Ainsi, une transmission automobile peut être installée sur un banc de test reproduisant le comportement routier d'un véhicule. De cette façon, le fabricant économise sur les coûts liés au véhicule de test, ne dépend pas de la performance d'un conducteur d'essai et tous les tests sont entièrement répétables. Formation d opérateurs Puisque le modèle mathématique du système a déjà été mis au point pour le processus de design, il est possible d'utiliser RT-LAB comme plateforme de formation très abordable pour les opérateurs du système. L'interface de programmation applicative (API) de RT-LAB permet de relier le modèle à l'interface de manipulation réelle pour fournir un environnement proche de la réalité, où l opérateur apprend à maîtriser les procédures et à faire face aux anomalies du système sans risque de dommages ou de blessures. Mise au point de systèmes de contrôle La première étape du développement d un système de contrôle, c est de bien définir le système à commander le processus, ce qui se fait généralement au moyen d un des nombreux outils de modélisation actuels, comme Simulink ou SystemBuild. Même s il est possible de réaliser certains progrès par l analyse non en temps réel du modèle du processus, son exécution en temps réel permet d approfondir davantage la compréhension de son comportement. Commande Modèle de processus Une fois terminé le modèle haute fidélité du processus, on peut s en servir pour la mise au point du contrôleur, et même son prototypage et sa mise à l essai. 4 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

5 Prototypage de système de contrôle Connexion du prototype du contrôleur au processus virtuel Modèle de processus Une fois le contrôleur mis au point, il faut le soumettre à des essais, auxquels il serait possible de procéder sur le processus physique (en supposant qu'il ait été fabriqué) mais il y aurait un risque assez considérable de l endommager. Relier le prototype du Commande réelle soumise aux essais contrôleur à une simulation haute fidélité du processus en assure la sécurité tout en offrant beaucoup d'autres avantages. Et le contrôleur peut être soumis à une série de tests automatisés non supervisés, toujours sans risque d endommager le processus. Essais du contrôleur sur le processus réel Commande À mesure qu avance la conception d un contrôleur, il faut procéder à des essais avec le processus lui-même. RT-LAB permet de simuler le contrôleur au moyen d une exécution logicielle sur le processus. De fait, RT-LAB permet de créer un environnement où le contrôleur est mis à l essai en alternance sur le modèle puis sur le processus. Processus réel Mise en boucle (HIL) du contrôleur réel Une fois le contrôleur en production de série, au lieu de l inspecter avec un vrai système à contrôler, on peut facilement le tester en utilisant le même banc statique (en boucle ouverte) qui a servi à l'étape de prototypage, ce qui permet des tests automatisés, rigoureux et répétables. Acquisition de données et régulation intégrées Mise en place du contrôleur sur un système avec RT-LAB embarqué Une fois terminées la mise au point et la mise à l essai du contrôleur, il est souvent intelligent de le mettre en place sur la plateforme même sur laquelle il a été développé. RT-LAB vous offre plusieurs outils pour vous aider à transformer votre prototype de contrôleur en un système embarqué robuste et sûr, qui peut se relier au processus réel et aux autres systèmes en périphérie avec lesquels il doit communiquer. Acquisition de données et capture d'événements discrets à haute vitesse Les fonctionnalités uniques de RT-LAB en matière d'archivage de données à haute vitesse et de capture d'événements discrets, ainsi que l'acquisition et l'écriture de données directement sur le disque du processeur d exécution en font un outil idéal pour des applications d'acquisition de données. De plus, le support d'applications embarquées vous permet de créer des systèmes autonomes pour une opération à distance ou non supervisée. 5

6 Outils de modélisation en temps réel Six clics jusqu au temps réel Du modèle schématique à la simulation en temps réel L interface de RT-LAB est une boîte de dialogue qui vous accompagne tout au long du circuit de production pour faciliter la compilation, la répartition et l exécution du modèle. Ce processus comprend six étapes. Étape 1 La première étape, c est de choisir le modèle que vous désirez exécuter en temps réel. À l heure actuelle, RT-LAB prend en charge les modèles mis au point avec Simulink ou SystemBuild. Étape 2 RT-LAB vous fournit les outils pour séparer le modèle en sous-systèmes à exécuter sur chaque machine d exécution (ou «nœud»), notamment une bibliothèque de blocs applicatifs spécialisés au moyen de laquelle vous pouvez intégrer à votre modèle de nombreuses propriétés temps réel avancé. 6 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

7 Étape 3 Au moyen du générateur de code (Real-Time Workshop ou AutoCode) et du système d exploitation temps réel (QNX ou RedHawk Linux) appropriés, chaque composante du modèle est convertie en un exécutable, optimisé en vue de l exécution en temps réel dur. Étape 4 RT-LAB recherche les noeuds appropriés sur le réseau et permet à l utilisateur d assigner chaque composante exécutable au nœud approprié. Étape 5 Sur l ordre de l utilisateur, RT-LAB charge l exécutable dans la mémoire des noeuds choisis, initialise les modèles et les communications et synchronise les modèles de façon à assurer une simulation en phase sur chacun des noeuds. Étape 6 Un dernier clic sur le bouton Execute lance la simulation. Les données du modèle sont dirigées vers l utilisateur au moyen d un sous-système particulier, la console. C est ici que vous pouvez visualiser les signaux générés et modifier des paramètres directement dans la simulation. Vous pouvez aussi vous servir des puissants outils d interface pour bâtir votre propre interface d utilisation. Au moyen de RT-LAB, il vous est possible d exécuter aisément un modèle temps réel exigeant en répartissant la charge de calcul sur plusieurs PC d exécution. En suivant ces six étapes, vous n avez qu à définir la façon de séparer le modèle RT-LAB fait automatiquement tout le reste. 7

8 Outils de modélisation en temps réel Fonctionnalités de RT-LAB Puissance de calcul répartie La principale originalité de RT-LAB, c est sa capacité d exécuter des modèles de grande envergure sur plusieurs processeurs en traitement parallèle et ce, au moyen de technologies commerciales courantes. Il vous fait ainsi bénéficier d avantages au-delà de sa puissance de calcul brute en mettant à votre disposition une plateforme temps réel extensible et flexible, à coût abordable. Exécution répartie sur plusieurs processeurs RT-LAB fournit les outils nécessaires à la séparation du modèle en soussystèmes pouvant être exécutés sur différents processeurs d'exécution (des PC utilisant le système d'exploitation QNX ou RedHawk Linux). Ceci permet, pour un modèle ne pouvant être exécuté en temps réel sur un seul processeur, de partager la charge sur plusieurs processeurs. À l'exécution, RT-LAB offre un support continu pour la communication interprocesseur, utilisant toute combinaison d'udp/ip, de mémoire partagée et d autres technologies de liaison permettant une communication de données entre les processeurs d exécution avec un faible délai de réponse. L'utilisateur peut aussi interagir en temps réel avec la simulation, à partir du poste de commande, en utilisant le protocole TCP/IP. Stations d utilisation à exécution répartie Comme RT-LAB permet la simulation de sous-systèmes sur des processeurs d exécution parallèles, il constitue une plateforme idéale pour la réalisation en groupe de projets de grande envergure. Chaque groupe peut se concentrer sur la mise au point de la simulation de son propre sous-système et procéder à des essais en temps réel sur son propre simulateur. Le tout est ensuite intégré sans difficulté dans la simulation du système global, avec les sous-systèmes de chaque groupe, dont les données de départ et les données finales sont communiquées sur le réseau en temps réel. RT-LAB permet aussi d analyser des données résultant de la simulation globale pour étudier les interactions des sous-systèmes, et même de modifier des paramètres de façon à optimiser la conception d un des sous-systèmes. Exploitation à distance par Internet Interface d E/S Comme RT-LAB se sert des protocoles de communication TCP/IP pour les communications entre les processeurs hôtes et les processeurs d exécution, il peut communiquer avec ces derniers n importe où dans le monde par Internet. Il devient ainsi facile de partager des ressources, par exemple dans un laboratoire de systèmes de contrôle avec des collaborateurs externes. Interface d E/S Exécution Interface d E/S Exécution TCP/IP Exécution 8 Il permet aussi l exploitation à distance de systèmes temps réel, tel le contrôleur TCP/IP d un processus à distance. Les concepteurs du contrôleur peuvent modifier TCP/IP des paramètres ou même toute une stratégie à partir d un seul bureau tout en analysant les effets obtenus dans les stations à distance. Poste de commande Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

9 Outils de modélisation en temps réel Fonctionnalités de RT-LAB Connectivité RT-LAB offre aux créateurs de solutions une interface de programmation applicative (API) qui, de par l étendue de ses fonctionnalités et de sa documentation, leur permet d intégrer rapidement leurs propres applications dans un système temps réel. Instrument idéal pour des programmeurs habiles, RT-LAB fournit également à ceux qui ne programment pas des outils pour faciliter les liens entre la simulation en temps réel et les autres applications qui tournent sur le processeur hôte. Deux domaines d utilisation en particulier peuvent grandement profiter de ces outils : la mise au point d interfaces utilisateur LabVIEW et le soutien des langages de script Visual Basic et Python. Mise au point d interfaces utilisateur avec LabVIEW Les outils d interface de LabVIEW offerts par RT-LAB vous aident à produire aisément une liaison directe entre votre modèle temps réel et LabVIEW. Sans écrire de code, vous créerez rapidement une interface graphique à partir de SubVIs spécifiques bien documentés, permettant non seulement l échange de données entre le modèle et l interface mais aussi le traitement des erreurs et des signaux d état pour rendre le système plus robuste. L interface permet également à LabVIEW d accéder aux signaux pendant l exécution de la simulation, par des références nominales, ce qui s avère particulièrement utile si vous voulez créer une interface permettant à l utilisateur de choisir les signaux à afficher. Enfin, RT-LAB propose une version «différée» de son API qui permet de développer et de tester une interface LabVIEW au moyen de Simulink en mode interprété. C est donc dire que vous n avez pas besoin que Real Time Workshop soit installé sur l ordinateur principal ni de recompiler chaque fois que vous le modifiez le modèle pour le tester. Il vous suffit d exécuter le modèle avec Simulink en mode interprété et le système, y compris l interface LabVIEW, se comporte exactement comme une version compilée, quoique non pas en temps réel. Automatisation des tests avec Python Python est un langage de script multiplateforme, un logiciel libre de plus en plus répandu, surtout avec les applications techniques. Sa syntaxe étant très voisine de celle de m-script, il est populaire chez les usagers de MATLAB. Langage orienté objet, avec classes et fils d exécution, etc., il permet d automatiser des applications sur n importe quelle plateforme. L API de RT-LAB permet de configurer des modèles RT-LAB et de créer des séquences de tests automatisées au moyen de Python. Multitransactionnel, il permet de s interfacer à des modèles concurrents exécutés sous RT-LAB sur plusieurs processeurs. Vous pouvez donc coordonner de nombreux tests différents, et même faire circuler des données d une plateforme de test à une autre depuis un poste de commande unique. Les scripts Python peuvent aussi s exécuter sur un processeur d exécution en temps réel, ce qui vous permet d effectuer des essais exigeant le temps réel dur tout en profitant de la flexibilité d un langage de haut niveau. Un script Python peut être modifié et chargé à nouveau à l'aide de la nouvelle fonction de transfert automatique de fichiers sans exiger l initialisation ou la recompilation du modèle. 9

10 Automatisation des tests avec TestStand TestStand est un environnement de gestion de tests vous permettant d'automatiser vos tests et votre système de validation. Il est conçu pour favoriser la réutilisation de code de tests, qui se fait à l'aide de modules d interprétation de langages variés, compris avec le logiciel. Il facilite aussi la maintenance en utilisant un cadre de système de tests entièrement configurable et modulaire. TestStand fournit un éditeur vous permettant de visualiser votre code pendant que vous programmez dans votre langage favori. Une séquence de test se compose trois parties : Setup (préparation) Main (corps principal) Cleanup (nettoyage) Pour RT-LAB, les phases configuration et nettoyage sont généralement identiques ; la logique du test se situe dans la partie principale. Au moment de l exécution de la séquence, le modèle RT-LAB est chargé et exécuté. À la fin de l exécution, il est possible d effectuer une analyse au moyen d un script m-script ou Python. TestStand produit alors un rapport comprenant un graphe enregistré au format HTML. Les «S-Functions» en Python Les «S-functions» peuvent servir à créer des blocs Simulink personnalisés à utiliser avec RT-LAB. Une «S-function» : vous permet de modifier votre script en temps réel sans avoir à réinitialiser ou recompiler le modèle ; peut servir à exécuter des séquences de tâches ; peut servir à générer des signaux. Le bloc S-Function de Python donne accès à ces fonctions à partir d un bloc-diagramme Simulink. Chacune de ces fonctions doit être codée en Python et enregistrée comme module Python externe. Transfert automatique de données entre machine hôte et machine d exécution RT-LAB peut se servir de nombreux fichiers pour l enregistrement de données, la production de signaux et les modifications de paramètres. Auparavant, le transfert de ces fichiers depuis ou vers la machine d exécution passait par une opération manuelle à laquelle il fallait procéder avant et après l exécution d une simulation. 10 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

11 RT-LAB DINAMO pour simplifier les simulations en aéronautique En aéronautique, on retrouve, au point central de la plupart des initiatives de conception par modélisation, les simulations 6-DDL qui, déployées sur les ordinateurs ou bancs d essai, doivent servir à l analyse et l expérimentation. DINAMO facilite le déploiement de modèles 6-DDL en ajoutant à RT-LAB certaines fonctionnalités nécessaires aux spécialistes de l aéronautique. DINAMO résout l agaçant problème de l équilibrage des simulations produites avec Real-Time Workshop en configurant de façon automatique une simulation RT-LAB 6-DDL à cette fin. Son interface graphique permet de créer des lots de tâches comme le calcul d'équilibrage, l'excitation d'entrées et l'estimation de paramètres. Il facilite ainsi l équilibrage de façon considérable, et sa polyvalence permet tout autant l analyse conceptuelle que l initialisation au banc d essai. DINAMO comprend des outils conçus pour la mécanique de vol ou pour exciter des montages d essai. Il permet de créer des fichiers tabulaires, de mettre en séquence des équilibrages et des données d entrée, et d exécuter des lots en temps réel ou plus vite. De plus, DINAMO accélère les calculs permettant d arriver à la corrélation parfaite entre les modèles et les résultats de vols d essai. Il est possible d associer une simulation aux données d un vol d essai et de définir une séquence à exécuter en lots. Ses algorithmes résidents d estimation des paramètres interfacent avec la simulation de RT-LAB pour fournir l optimisation la plus rapide possible. Prise en charge d outils de visualisation pour la réalité virtuelle 3D RT-LAB vous permet d utiliser des outils de réalité virtuelle 3D, comme la boîte à outils Virtual Reality de MATLAB, ou encore Altia ou X-Plane, pour créer de renversantes représentations visuelles en trois dimensions de votre modèle. Utilisés avec RT-LAB, ces outils vous permettent de visualiser le comportement d un modèle et d interagir avec lui en temps réel. 11

12 Outils de modélisation en temps réel Fonctionnalités de RT-LAB Entrées-sorties et enregistrement de données La vaste bibliothèque de blocs applicatifs de RT-LAB pour l acquisition, le transfert et l enregistrement de données répond à tous les besoins des systèmes temps réel. Acquisition en temps réel pour la visualisation et l archivage des données RT-LAB comprend des fonctionnalités de visualisation et d enregistrement des données vraiment uniques, qui en font l environnement de conception de systèmes temps réel le plus complet et le plus commode sur le marché. Visualisation et enregistrement en temps réel sont un élément crucial du système et beaucoup d efforts ont été consacrés à la mise en place de fonctionnalités qui ne limitent pas l accès en ligne aux signaux des modèles. Prise en charge de nombreuses cartes d E/S RT-LAB prend en charge la plus vaste sélection de matériel d E/S ISA/PC104/PCI/PXI/PCMCIA pour QNX et RedHawk Linux, avec les pilotes de plus de 100 dispositifs commerciaux. Depuis les protocoles CANbus et 1553, jusqu aux communications temps réel haute vitesse FireWire (IEEE 1394 et 1394b), InfiniBand, SignalWire, en passant par les dispositifs d E/S pour interfaces en boucle fermée, RT-LAB comprend des pilotes haute performance pour les domaines les plus exigeants. Prise en charge des cartes d E/S d Opal-RT RT-LAB prend en charge les cartes multifonctions PCI et PC-104 d Opal-RT, ainsi que le protocole SignalWire, pour l acquisition, le transfert et la communication de données entre les systèmes. Conçus précisément pour les applications temps réel, les produits d E/S d Opal-RT présentent des propriétés courantes d E/S analogiques et numériques, et des fonctionnalités avancées comme la génération et la capture de signaux. Déclenchement de sous-systèmes RT-LAB prend en charge le déclenchement de sous-systèmes : certaines tâches peuvent être activées JUSTE au moment de leur déclenchement, et non au pas de temps suivant, ce qui est fort utile en cas, par exemple, de séquence de commande à exécuter sur déclenchement, ou de synchronisation d un modèle à du matériel rotatif. Synchronisation et déclenchement matériels RT-LAB comporte plusieurs pilotes d E/S pour la synchronisation des horloges de systèmes RT-LAB multiples, ou le déclenchement, l enregistrement ou le transfert de données. Ils sont offerts avec la bibliothèque de blocs de cartes (ESeries ou 6602 de National Instruments, Sensoray s626, etc.) ou la série OP5100 d Opal-RT. Les cartes de National Instruments et d Opal-RT ont en commun le connecteur et la topologie en bus RTSI servant à la transmission du signal de synchronisation d une carte à une autre. Acquisition de données en fenêtres RT-LAB met en oeuvre de nouvelles options puissantes d acquisition de données qui profitent pleinement des capacités d interruption, de tamponnage de données, de mode rafale et d accès direct à la mémoire des plus récentes cartes CAN. Vous pouvez configurer l acquisition haute vitesse, en continu ou durant les périodes qui vous intéressent. Et le mieux, c est que le pas de temps reste le même, puisque la carte CAN effectue l acquisition de données pendant que l ordinateur principal calcule le modèle. 12 Idéales pour les applications à large bande où l acquisition courante surcharge la bande passante et les sous-systèmes de stockage, ces propriétés vous aident à saisir toutes les données requises et rien qu elles. Comble de polyvalence, vous pouvez combiner l acquisition de données en fenêtre et le déclenchement de sous-systèmes pour créer de puissants systèmes à base d événements discrets. Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

13 Fonctionnalités avancées pour la génération de formes d onde Les bibliothèques de blocs d E/S de RT-LAB comportent des fonctionnalités de génération de signal, dont les caractéristiques et performances conviennent à une vaste gamme de besoins. RT-LAB permet aussi la génération de transitions sur les lignes de sorties numériques et ce, à intervalles arbitraires entre les pas de calcul, procurant ainsi une grande précision pour le déclenchement de périphériques électroniques et la modulation d'impulsions en durée. Le générateur d événement des cartes OP5100 d Opal-RT a une résolution de 10 ns, et un nombre configurable de transitions par pas de temps, pouvant atteindre 32 lignes E/S. Les produits d E/S d Opal-RT E/S prennent également en charge des fonctionnalités avancées de génération de signal particulières à une application donnée, comme la génération d impulsion de référence servant à la génération de profils prédéfinis dans le domaine des véhicules moteurs. Fonctionnalités avancées pour la capture de formes d onde numériques RT-LAB peut détecter les événements qui se produisent entre les pas de calcul et compenser les erreurs introduites lorsque les évènements arrivent entre les pas de calcul, de façon à éliminer les erreurs qui s introduiraient si la détection ne s effectuait qu au pas suivant. Quand une simulation s exécute à pas de temps fixes (ts), un événement discret peut se produire entre deux pas (dt). Si la simulation ne rafraîchit le modèle qu au pas suivant, une erreur de calcul s y introduira. Grâce aux fonctionnalités des cartes OP5000 d Opal-RT, RT-LAB peut prendre en charge la différence de temps et mettre le modèle à jour correctement. Transfert de données par SignalWire RT-LAB prend en charge le protocole SignalWire pour la transmission et la réception des données entre systèmes RT-LAB, ou entre des systèmes RT-LAB et des cartes d E/S. On peut faire la connexion en chaîne de cartes d E/S avec SignalWire sur un même lien, ce qui augmente de façon considérable les capacités d E/S d une machine d exécution. Le lien SignalWire vous permet d installer des cartes d E/S à distance du simulateur, commodément situées près du système électronique qui reçoit ou génère les données. Pilote générique de mémoire partagée RT-LAB prend en charge de façon transparente la mémoire partagée, assurant des communications très rapides entre deux machines d exécution d une simulation répartie, par exemple, des contrôleurs intégrés ou d autres processeurs ne participant pas à la simulation. RT-LAB comprend également des blocs spécifiques à la mémoire partagée, permettant à l utilisateur de configurer des dispositifs de mémoire partagée ou réfléchie, ce qui s avère fort utile quand l utilisateur veut partager des données entre des systèmes distincts. 13

14 Outils de modélisation en temps réel Fonctionnalités de RT-LAB De la performance en temps réel RT-LAB vous procure la vitesse dont vous avez besoin pour le calcul de vos modèles temps réel. XHP Mode Le mode XHP (extra Haute Performance) de RT-LAB permet l'exécution très rapide de modèles temps réel sur des PC d exécution. Nos clients peuvent simuler des systèmes complexes en distribuant la charge sur plusieurs processeurs d exécution en parallèle, avec des E/S analogiques et numériques, à des cycles sous les 10 microsecondes! Le mode XHP de RT-LAB écourte le temps d'ordonnancement et vous permet de profiter pour la première fois de toute la puissance de votre système. En matière d élaboration de simulations temps réel, de complexité toujours croissante, le défi constant, c est d obtenir des réponses précises et de haute fidélité. Même si les signaux du système en boucle fermée (HIL) n exigent de rafraîchissement que toutes les 100 microsecondes, le modèle peut, par contre, devoir être calculé plusieurs fois entre chaque pas de temps principal, afin de conserver la précision numérique. Le mode XHP de RT-LAB fournit une augmentation de puissance de 400 % par rapport au mode courant, permettant ainsi à RT-LAB de surpasser, et de loin, le rendement d autres systèmes temps réel, ce qui le rend particulièrement utile pour la modélisation de systèmes électriques comme les contrôleurs de systèmes de propulsion et l'électronique de puissance. Mode XHP multitaux RT-LAB peut exécuter des modèles multitaux en mode normal ou XHP, ce qui lui confère une polyvalence sans précédent pour configurer de tels modèles, tout en optimisant la puissance de calcul. Mode logiciel synchronisé RT-LAB offre un mode logiciel synchronisé, qui permet d effectuer une simulation en temps réel sous Windows XP. Ce mode rend possible l exécution de simulations en temps réel à 100 Hz avec seulement 1,5 ms de latence, ce qui permet d effectuer sans système d exploitation temps réel des simulations à taux faible, comme des modèles de dynamique d aéronef ou de vaisseau spatial, tout en continuant à pouvoir bénéficier de bon nombre des fonctionnalités de RT-LAB. Ordonnanceur optimisé Pendant un pas de calcul, le système fait plus qu'exécuter le modèle dynamique, il effectue aussi des tâches administratives comme lire et écrire les E/S, rafraîchir l'horloge, ordonnancer les tâches, enregistrer des données et traiter les communications. Ces différentes tâches restreignent le temps disponible, dans un pas donné, pour calculer les données du modèle, ce qui limite la taille de modèle pouvant s exécuter sur un processeur simple. Opal-RT réduit ce temps système à un petit pourcentage d'activités matérielles sans perdre de fonctionnalités, et de ce fait, augmente la capacité à exécuter des modèles plus complexes. 14 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

15 ARTEMIS : solveur temps réel qui convertit les circuits de SimPowerSystem* (auparavant connu sous le nom de Power System Blockset) Aux usagers des SimPowerSystems de MathWorks qui ont besoin d'accélérer leurs modèles de systèmes électriques ou de les simuler en temps réel, ARTEMIS fournit des algorithmes améliorés assurant fiabilité et précision pour les pas de calculs fixes et rapides, ce qui est indispensable pour les simulations haute performance haute fidélité. À l inverse de SimPowerSystems, ARTEMIS a été conçu pour prendre en charge l'implémentation temps réel de simulations de systèmes électriques, Solveur à pas fixe courant Avec ARTEMIS ce qui améliore considérablement la vitesse de simulation tout en préservant la précision. C'est la SEULE façon d'obtenir des performances temps réel dur de haute précision avec les modèles de SimPowerSystems. RT-EVENTS : compensation du temps pour simulation en mode mixte RT-EVENTS est un ensemble additionnel de blocs qui fonctionnent avec MATLAB et Simulink MC pour améliorer l'efficacité et la précision des simulations continues et discrètes de systèmes dont la dynamique varie par suite d évènements discrets. Il s appuie sur une méthode de compensation de ces événements discrets qui présente les propriétés suivantes : meilleure précision dans le cas de systèmes en mode mixte compense les erreurs introduites lorsque les événements se produisent entre les pas de calcul simulation rapide de systèmes cycliques basés sur des évènements discrets pas d'itérations, utilise un algorithme à pas fixes simulation plus rapide qu'avec des algorithmes à pas variables permet la simulation temps réel répartie convient aux applications temps réel dur comme les simulations en boucle fermée (HIL) et les simulations embarquées compatible avec les outils commerciaux de génération de code *Auparavant connu sous le nom de Power System Blockset 15

16 Outils de modélisation en temps réel Fonctionnalités de RT-LAB Ergonomie RT-LAB offre des propriétés d ergonomie qui accélèrent la mise au point d applications temps réel à partir des commentaires de la clientèle. Visualisation dynamique des signaux La visualisation dynamique et à la volée des signaux offerte par RT-LAB facilite l élaboration et la mise à l essai de vos simulations, soit de façon interactive ou par l intermédiaire d IHM personnalisées réalisées au moyen de l API de RT-LAB. Au lieu d avoir à définir les signaux à afficher ou enregistrer pendant la simulation avant de compiler le modèle, cette fonction vous donne accès à la valeur et au nom de n importe quel signal du modèle en cours d exécution, ce qui économise beaucoup d efforts, surtout pendant le développement et le débogage du modèle. Vous pouvez créer un modèle dans Simulink sans vous demander de quels signaux vous voudrez vérifier le comportement en cours d exécution : vous aurez accès à tous les signaux soit au panneau de dialogue «Probe Control» du panneau principal de RT-LAB, soit depuis son API. L accession aux signaux se fait par l API ou en cliquant sur l option «Dynamique Signal Output» du bloc RT-LAB OpComm. Panneau de contrôle et de visualisation des signaux intégré RT-LAB comporte une interface utilisateur graphique générique conçue dans LabVIEW, qui permet de choisir et de visualiser des signaux sous forme de tracés ou de jauges pendant l exécution de la simulation, et même d agir sur elle en modifiant des signaux ou des paramètres grâce aux boutons ou aux curseurs de défilement. Vous pouvez également élaborer vos propres panneaux sans difficulté, sans écrire une ligne de code LabVIEW. L application elle-même est un exécutable autonome sous Windows. Pendant l exécution d un modèle RT-LAB, vous pouvez assigner n importe quel signal d un paramètre ; il suffit de placer le pointeur sur le signal requis dans l arborescence et de cliquer sur un élément du panneau (graphique, bouton ou jauge). L interface extrayant le nom du signal dans le modèle, l identification du signal à examiner est donc très facile. Par ailleurs, vous pouvez utiliser des alias si désiré. Accès en ligne aux paramètres et transférabilité des paramètres Bon nombre d utilisateurs font un usage intensif de la fonction en ligne d édition de paramètre de RT-LAB, pour les modifier à la volée. On peut non seulement modifier des paramètres en interactif mais aussi créer des fichiers de paramètres à charger dans l éditeur pour des modifications simultanées. Par contre, comme on peut modifier la structure d un modèle après avoir créé un fichier de paramètres, une variation de paramètre peut causer des conflits. Pour cette raison, RT-LAB comporte une fonction de gestion des conflits de paramètres, qui signale ces conflits à l utilisateur et lui fournit des outils de recherche et une interface conviviale pour l aider à les résoudre. Il est donc possible que des fichiers de paramètres soient partagés non seulement par différentes versions d un même modèle mais aussi par différents modèles. Fonction de prise d instantané («snapshot») 16 La fonction de prise d instantané permet d enregistrer l état précis d une simulation et de le rétablir ultérieurement. Dans le cas de longues simulations, on peut utiliser l instantané pour immobiliser une situation en un point précis. Le système est alors enregistré dans son état global, y compris les entrées et les valeurs intermédiaires d intégration, de sorte qu il est possible de reprendre la simulation depuis ce point plutôt que du début. Cette fonction s active de deux façons : par activation manuelle, par déclenchement, quand un signal de la simulation atteint un seuil donné. Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

17 Compilation par sous-système RT-LAB vous aide à gagner du temps pour la compilation de gros modèles! Tout à fait : la compilation d un gros modèle demande beaucoup de temps, mais avec RT-LAB, il n est pas nécessaire d effectuer une recompilation complète parce qu un sous-système a été modifié, il suffit de recompiler ce sous-sytème lui-même. Quelle économie de temps! Outils de contrôle de la performance La bibliothèque initiale de RT-LAB comprend un ensemble de blocs de suivi en ligne du système pour évaluer la performance et faire le débogage du modèle temps réel. Par exemple, le bloc OpMonitor fournit l information sur l ordonnancement des diverses opérations effectuées dans un sous-système pendant un certain pas de temps. Il est aussi possible d activer ce contrôle depuis le «MainControl Panel» sans addition au modèle ni recompilation. Les valeurs recherchées s afficheront au panneau de visualisation «Monitoring ViewerPanel». Voici certaines des informations que ce bloc permet de suivre : temps de calcul du modèle durée réelle du pas (calcul, administration, synchronisation) temps morts nombre de surcharges temps de calcul des éléments sélectionnés par l utilisateur Modes de simulation disponibles RT-LAB propose différents modes de simulation, selon l application et la configuration matérielle et logicielle du système : mode «aussi rapide que possible», sans contrainte de temps réel, pour les simulations rapides ou par lots, type optimisation à méthode Monte-Carlo mode «logiciel synchronisé», mené par l horloge de l ordinateur central mode «matériel synchronisé», par carte horloge Détection automatique de la version de MATLAB Cette fonction permet la prise en charge transparente de modèles plus anciens, sans nécessiter la sélection manuelle des bibliothèques d exécution appropriées à la version de MATLAB ayant servi à créer le modèle. RT-LAB est livré avec toutes les bibliothèques et choisit automatiquement la version requise. Il permet également l utilisation simultanée de modèles de versions différentes, sans recompilation ni test. Versions de MATLAB prises en charge : 6.0 (R12), 6.1 (R12.1), 6.5 (R13), 7.x(R14.x) Prière de noter : RT-LAB prendra toujours en charge la version de MATLAB la plus récente. Documentation en ligne intégrée complément au guide d utilisation aide contextuelle très complète documentation complète en ligne exemples de modèles bien documentés facilitant l apprentissage de RT-LAB 17

18 Outils de modélisation en temps réel Produits de tiers pour RT-LAB Altia Altia offre une suite d'outils de simulation graphique permettant aux ingénieurs de créer des interfaces graphiques réalistes pour leurs simulations RT-LAB. Dynasim, Dymola Dynasim a mis au point Dymola pour la modélisation et la simulation de modèles multidisciplinaires, pour l automobile, l aérospatiale, la robotique, les processus, etc. Dymola permet de simuler le comportement dynamique et les interactions complexes qui interviennent entre des systèmes mécaniques, électriques, thermodynamiques, hydrauliques et de régulation. Des essais menés avec RT-LAB ont montré que les modèles Dymola peuvent s exécuter en temps réel. Gamma Technologies, GT-Power GT-POWER est le logiciel de simulation automobile qui fait autorité chez les principaux fabricants de véhicules et de moteurs et leurs sous-traitants. C est l outil de simulation d un moteur le plus complet et le plus polyvalent, qui convient à une large variété de problèmes de conception, d autant plus qu il s intègre à d autres produits comme STAR-CD, Fluent, Simulink, MATRIXx, MS/Excel, Isight et Bistro. Modèle GT-PowerV comprenant un moteur complet diesel turbocompressé à six cylindres, avec sa remorque (ci-dessus) GT-POWER a été spécialement conçu pour la simulation des régimes transitoires et permanents et peut servir à l analyse des régulateurs pour moteur et groupe propulseur. Il convient à tous les types de moteurs à combustion interne et comporte de nombreuses composantes permettant de modéliser les concepts les plus avancés. Il est disponible en version autonome ou jumelé à GT-Drive (GT-PowerV). L intégration de GT-POWER permet à RT-LAB de produire des simulations temps réel de modèles conçus avec GT-POWER. AMESim Software, Imagine AMESim est une plateforme de modélisation et simulation qui intègre la simulation de systèmes multidisciplinaires dans un environnement unique. AMESim fait partie d un nombre croissant de logiciels applicatifs offrant des bibliothèques avec sous-modèles et icônes reconnaissables, et dont le concept vient répondre aux exigences des équipes d ingénierie dans l automobile, l aérospatiale et l hydraulique. RT-LAB prend maintenant en charge des modèles créés avec AMESim avec exécution haute performance en temps réel. 18 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

19 MathWorks, MATLAB/Simulink/Real-Time Workshop RT-LAB offre une étroite intégration à l environnement Simulink, qui permet de travailler à partir d un même environnement pour mettre au point un modèle et pour le préparer et le séparer en vue de son exécution répartie en temps réel sur des processeurs d exécution. RT-LAB comprend un ensemble de blocs pour préparer le modèle en vue du traitement réparti, de la communication inter-noeuds et des E/S de signaux. Après la préparation du modèle, RT-LAB fait appel à Real-Time Workshop pour la conversion en langage C des modèles séparés à compiler sous forme de simulations de sous-systèmes sur chaque machine d exécution Mechanical Simulation Corp., CarSim et TruckSim CarSim et TruckSim sont des progiciels permettant la simulation et l analyse de la façon dont des véhicules routiers, avec ou sans remorque, répondent aux commandes des pilotes sur des routes modélisées en trois dimensions. RT-LAB a été intégré à CarSim et TruckSim pour permettre l exécution en temps réel de modèles dynamiques de véhicules, pour mieux visualiser le comportement du véhicule et aussi pour réaliser des essais en boucle fermée. National Instruments, famille MATRIXx et LabVIEW RT-LAB est entièrement compatible avec la famille des produits MATRIXx - Xmath, SystemBuild et AutoCode. Son étroite intégration avec SystemBuild et TestStand permet de mettre au point le modèle d un système et de le préparer à l exécution en temps réel à l intérieur d un même environnement. Les sous-systèmes séparés sont convertis en langage C puis compilés et exécutés sur les processeurs d exécution répartie. LabVIEW, de National Instruments, fournit un puissant environnement de développement graphique pour l enregistrement de signaux, l analyse des mesures et la présentation des données. Vous obtenez ainsi la souplesse d un langage de programmation sans la complexité des outils courants de développement. LabVIEW capture, analyse et présente les données. Les interfaces RT-LAB de commande d un environnement sont créées au moyen de LabVIEW. Prise en charge complète des bibliothèques Stateflow Votre concept comporte une machine à états? En temps réel? Pas de problème! RT-LAB prend en charge les blocs Stateflow des modèles Simulink pour effectuer la mise en application en temps réel (exige «Stateflow Coder»). Ensemble de blocs SimPowerSystems pour Simulink L ensemble de blocs SimPowerSystems (auparavant appelé Power Systems) a été conçu pour permettre de créer des modèles de circuits électriques de puissance à partir de blocs de base familiers à l intérieur d un diagramme schématique Simulink. Créés en vue de l analyse différée (non temps réel), ces modèles peuvent cependant être convertis en simulations temps réel grâce aux outils de RT-LAB. 19

20 Outils de modélisation en temps réel Composantes de RT-LAB Outils de mise au point pour RT-LAB (hôte) Description des composantes Outils de mise au point pour RT-LAB Prépare votre modèle Simulink à l'exécution en temps réel dur sur des machines d'exécution avec QNX ou RedHawk Linux. Systèmes d'exploitation Windows NT/2000/XP QNX RedHawk Linux Module multitaux Exécution véritablement multitransactionnelle et multitaux des sous-systèmes. Permet le recalcul plus rapide de certains sous-systèmes. Exécution monoprocesseur de modèles plus gros. Module multiprocesseur Prend en charge le traitement des communications entre deux noeuds d'exécution ou plus. RT-Scope - module d'interface graphique pour la visualisation des données Panneau LabVIEW autonome incorporant les propriétés de préparation, de compilation et d'exécution de l'interface courante RT-LAB avec une façon conviviale de visualiser les données. Outils RT-LAB API Interface logicielle pour applications de tiers. Comprend plusieurs outils mis au point pour simplifier la liaison de l'api à : TestStand (National Instruments) LabVIEW (National Instruments) Scripts de MATLAB M Langage de scripts Python Visual Basic Applications C/C++ Codification 3 = Composantes courantes O = Composantes additionnelles disponibles Licence flottante O O 3 Prend en charge plusieurs cibles - 3 O Séparation du modèle Compilation sur la cible Affiche et enregistre les données Outils d'api O O O RT-Scope Documentation et CD O 3 O Contrat d'entretien O 3* O RT-EVENTS - O O ARTEMIS - O O DINAMO - O O *Première année seulement. RT-LAB solo (hôte) Un hôte de base, une machine d'exécution réservée à l'usage éducatif. RT-LAB professionnel, (hôte) Accès complet à tous les outils de mise au point pour l'usage en industrie ou en recherche. RT-LAB Runtime (hôte) Accès à la simulation seulement depuis la machine hôte. Idéal pour applications déployées avec supervision. Outils de visualisation et d'analyse DINAMO Outils de séquence spécialisés pour simulations de modèles et essais en aéronautique. Calculs d'équilibrage rapides, estimation de paramètres pour les simulations RT-LAB. Outil de modélisation de tiers RT-LAB prend en charge ces outils de modélisation haute fidélité : MATLAB/Simulink MATRIXx/SystemBuild CarSim TruckSim AMESim Modelica/DYMOLA Options de licence Licence de node (standard) Spécifique à un ordinateur. Licence flottante (optionnelle) Accès aux outils de mise au point RT-LAB pour tout PC du réseau local connecté à une machine d'exécution ou plusieurs. Cette liste change constamment. Prière de vérifier s'il s'y joint de nouveaux outils ou de communiquer avec nous concernant la prise en charge des outils que vous utilisez. 20 Solutions complètes pour la simulation en temps réel, le prototypage de systèmes de commande et les essais en boucle fermée (HIL)

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