simulink モデルを使ったリアルタイム テスト環境の構築 ...real-time windows...

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Simulink®モデルを使ったリアルタイムテスト環境の構築

MathWorks Japan

アプリケーションエンジニアリング部

シニアアプリケーションエンジニア

高島 博

2

はじめに

Simulinkはバーチャルなテスト環境

3

はじめに

Simulinkはバーチャルなテスト環境

4

はじめに

Simulinkはバーチャルなテスト環境

シミュレーション開始ボタンをクリック

5

モデルはSimulinkとStateflowで作成

Simulinkモデルを実時間（タイミングやサンプル時間）で実際のハードウェアを使って実行したりテストしたいと思ったことはありませんか？

どうしたらリアルタイムテストを出来るかしっていますか?

?

バーチャルなテストからリアルタイムテストへ

6

どうしたらリアルタイムテスト出来るの?

オプション製品を使うことで実現出来ます!

Real-Time Windows Target™とxPC Target ™ はSimulinkモデルをリアルタイムで実行する環境を提供します。

例えばxPC Targetを使うと以下のように実現できます

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リアルタイムテスト製品の推奨領域

Real-Time Windows Target

–ソフトリアルタイムシステム

–実験実習などの教育分野

xPC Target

–ハードリアルタイムシステム

–製品評価などの開発分野

8

アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

9

アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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リアルタイムテスト環境構築製品

Simulinkのシミュレーションモード

ノーマルモード

MATLAB

Simulink

ソルバ

モデル

メソッド

• 一つのプロセスでモデルが実行される

エクスターナルモード

• ターゲットでモデルは実行される（コード生成が必要）

• 通信はクライアント／サーバ アーキテクチャに基づく

MATLAB

Simulink

ソルバ

モデル

メソッド

ターゲット

（サーバ）

External

Mode エンジン

ホスト（クライアント）

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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リアルタイムテスト環境構築製品

Real-Time Windows Targetとは

Windows PC

＋ I/Oボード 制御対象ハードウェア

MATLAB®

Simulink（Stateflow®)

Real-Time Windows Target

MATLAB Coder™（エクスターナルモード時のみ） Simulink Coder™（エクスターナルモード時のみ）

信号入出力

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リアルタイムテスト環境構築製品

Real-Time Windows Targetとは

Real-Time Windows Targetが対応しているI/Oボード

http://www.mathworks.co.jp/products/rtwt/supported/index.html

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Real-Time Windows Target： ノーマルモード

Windows環境

MATLAB

Simulink

I/O Driver

Real-Time Windows Target Kernel

Simulinkはノーマルモード

で実行

IOドライバは、別プロセス（リアルタイム）で実行します

Simulinkモデルはノーマルモードで実行

IOドライバと、Simulinkは、 “協調シミュレーション”で実行

サンプル時間は“2msec”程度まで

コード生成は必要なし

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Real-Time Windows Target：エクスターナルモード

Windows環境

MATLAB

Simulink

I/O Driver

Real-Time Windows Target Kernel

Simulink Coderでビルド

Simulink EXE

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Real-Time Windows Target： エクスターナルモード

Windows環境

MATLAB

Simulink

I/O Driver

Real-Time Windows Target Kernel

Simulink EXE

Simulinkはエクスターナル

モードで実行

IOドライバ+モデルはすべて別プロセス（リアルタイム）で実行

Simulinkはエクスターナルモードで実行

サンプル時間は“0.2msec”程度まで

Simulink Coderを使用してコード生成が必要

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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Target PC

イーサネットまたは、 シリアルケーブル

Host PC にインストールするツール MATLAB Simulink MATLAB Coder Simulink Coder xPC Target

xPC Target リアルタイムカーネル リアルタイムアプリケーション

Host PC

実時間

IOボード （PCI, ISA, etc..)

リアルタイムテスト環境構築製品

xPC Targetとは

制御対象ハードウェア

信号入出力

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リアルタイムテスト環境構築製品

xPC Targetとは

＊ xPC Targetが対応しているI/Oボード

http://www.mathworks.co.jp/products/xpctarget/supported/hardw

are-drivers.html

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Host PC with

MATLAB

xPC Target on

Target PC

リアルタイムテスト環境構築製品

xPC Targetとは

Ethernet or RS 232

1

2

3

Target PCはｘPC Targetの提供するリアルタイムOSで起動します。

SimulinkモデルはTarget PCのリアルタイムOS上で実行されます。

サンプル時間は“～0.02msec”程度まで

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リアルタイムテスト製品の推奨領域

Real-Time Windows Target

–ソフトリアルタイムシステム

–実験実習などの教育分野

–1台のPCで環境構築可能

xPC Target

–ハードリアルタイムシステム

–製品評価などの開発分野

–多彩なボードを利用可能

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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環境の構築

対象実機環境

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環境の構築

ベースとなるモデル

– アルゴリズムはSimulinkとStateflow

– モータ部分はSimscapeとSimElectronics

制御アルゴリズム モータモデル

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

27

1. Real-Time Windows Target Kernelをインストールする

– 最初の一回目のみ

2. ベースのモデルの外部機器との入出力信号にドライバーブロックを接続する

3. 「Real-Time Synchronization」ブロックを配置する

4. リアルタイムテストを実行する

環境の構築 ステップ ：ノーマルモード

Real-Time Windows Target

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環境の構築

Real-Time Windows Target

Real-Time Windows Targetを使用する前にReal-Time

Windows Target Kernelをインストールします。

– コマンドウィンドウで“rtwintgt -install”とタイプするとインストールが

始まります。

29

環境の構築

Real-Time Windows Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にドライバーブロックを結線します。

30

環境の構築

Real-Time Windows Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にＩ／Ｏドライバーブロックを結線する。

入力用ブロック

出力用ブロック

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環境の構築

Real-Time Windows Target：ノーマルモード

モデルの変更

– Real-Time Windows Targetが提供する「Real-Time

Synchronization」を配置する。

同期用ブロック

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環境の構築

Real-Time Windows Target：ノーマルモード

モデルの実行

– テストを実行する。

シミュレーション開始ボタン

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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1. Real-Time Windows Target Kernelをインストールする

– 最初の一回目のみ

2. ベースのモデルの外部機器との入出力信号にドライバーブロックを接続する

3. コンフィギュレーションパラメータを設定する

– ソルバを「固定ステップ」に設定する

– システムターゲットファイルを「rtwin.tlc」に設定する

4. モデルのビルドを実行する

5. ターゲットに接続し、リアルタイムテストを実行する

環境の構築 ステップ ：エクスターナルモード

Real-Time Windows Target

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環境の構築

Real-Time Windows Target

Real-Time Windows Targetを使用する前にReal-Time

Windows Target Kernelをインストールします。

– コマンドウィンドウで“rtwintgt -install”とタイプするとインストールが

始まります。

36

環境の構築

Real-Time Windows Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にドライバーブロックを結線します。

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環境の構築

Real-Time Windows Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にＩ／Ｏドライバーブロックを結線する。

入力用ブロック

出力用ブロック

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環境の構築

Real-Time Windows Target：エクスターナルモード

モデルの変更

– 「モデルコンフィギュレーションパラメーター/コード生成/システムター

ゲットファイル」で「rtwin.tlc」を選択する。

39

環境の構築

Real-Time Windows Target：エクスターナルモード

モデルの変更

– 「モデルコンフィギュレーションパラメーター/ソルバー/タイプ」で「固

定ステップ」を選択する。

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環境の構築

Real-Time Windows Target：エクスターナルモード

モデルアプリケーション化

– モデルのビルドを実行する。

モデルのビルドボタン

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環境の構築

Real-Time Windows Target：エクスターナルモード

モデルの実行

– 「シミュレーション/ターゲットに接続」をクリックし、テストを実行する。

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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環境の構築

ｘPC Target 今回使用するTarget PC

– 対応しているハードウェアで構成されたPCを1台用意します。ここでは

Speedgoat社の「mobile real-time target machine」を使用することを

想定しています。

– 日本でのSpeedgoat社の販売代理店は株式会社アイダックス様です。

http://www.idaqs.jp/

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1. モデルのビルドで使用するCコンパイラを設定する

– 最初の一回目のみ

2. Host-Target間通信設定を行いBootディスクを設定する

3. ベースのモデルの外部機器との入出力信号にドライバーブロックを接続する

4. コンフィギュレーションパラメータを設定する

– ソルバを「固定ステップ」に設定する

– システムターゲットファイルを「xPCTarget.tlc」に設定する

5. モデルのビルドを実行する

6. ターゲットに接続し、リアルタイムテストを実行する

環境の構築 ステップ

xPC Target

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環境の構築

ベースとなるモデル

– アルゴリズムはSimulinkとStateflow

– モータ部分はSimscapeとSimElectronics

制御アルゴリズム モータモデル

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環境の構築

ｘPC Target モデルビルド用コンパイラの設定

– xpcsetCCコマンドを使ってSimulinkモデルのビルドに使用するコンパ

イラの設定を行う。

– 対応しているコンパイラの情報は弊社ホームページで確認できます。

http://www.mathworks.co.jp/support/compilers/R2012b/win64.html

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環境の構築

ｘPC Target xPC Target explorer

– xPC Targetの環境構築に必要な設定やTarget PCへの実行モデル

のダウンロードやデータのロギング設定、モデル内のパラメータの

チューニングなどを行えるGUI環境です。

– コマンドウィンドウで“xpcexplr”とタイプすると起動します。

48

Host PC with

MATLAB xPC Target

on Target PC

リアルタイムテスト環境構築製品

xPC Targetとは

Target PCはｘPC Targetの提供するリアルタイムOSで起動します。

SimulinkモデルはTarget PCのリアルタイムOS上で実行されます。

TCP/IP or RS232

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環境の構築

ｘPC Target

TargetPCブート用ディスクの作成

– xPC Target explorerを使って、ネットワーク設定とTarget PCブート

ディクスを作成を行う。

Host-Target間通信設定

ブートディスク作成

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環境の構築

ｘPC Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にドライバーブロックを結線します。

51

環境の構築

ｘPC Target

モデルの変更

– 外部機器との入出力信号にドライバーブロックを結線します。

入力用ブロック

出力用ブロック

I/Oボード設定ブロック

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環境の構築

ｘPC Target モデルの変更

– 「モデルコンフィギュレーションパラメーター/コード生成/システムター

ゲットファイル」で「xpctarget.tlc」を選択する。

53

環境の構築

ｘPC Target モデルの変更

– 「モデルコンフィギュレーションパラメーター/ソルバー/タイプ」で「固

定ステップ」を選択する。

54

環境の構築

ｘPC Target モデルのアプリケーション化

– モデルのビルドを実行する。

モデルのビルドボタン

55

環境の構築

ｘPC Target モデルの実行

– シミュレーションモードを「エクスターナル」に変更する。

– 「シミュレーション/ターゲットに接続」をクリックしテストを実行する。

エクスターナルを選択

56

環境の構築

ｘPC Target モデルの実行

– シミュレーションモードを「エクスターナル」に変更する。

– 「シミュレーション/ターゲットに接続」をクリックしテストを実行する。

ターゲットに接続をクリック

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アジェンダ

リアルタイムテスト環境構築製品

– Real-Time Windows Target

– xPC Target

環境の構築 Real-Time Windows Target

– ノーマルモード

– エクスターナルモード

環境の構築 ｘPC Target

– Speedgoat環境

まとめ

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まとめ

オプション製品であるReal-Time Windows

TargetやxPC Targetによって、Simulinkモデルの簡単な変更で外部機器と連携したテスト環境の構築が可能です。

実機を使った制御系のチューニングやHILS

環境構築など幅広くご利用頂けます。

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ご清聴ありがとうございました