EMBS - Modellbildung

Anwendungen für Echtzeitsimulationen:
Echtzeitsimulationen werden überall dort angewendet, wo der Einsatz des zugrunde liegenden realen Systems oder aus ökologisch/ökonomischen Gründen nicht möglich ist.

Beispiel:
•Regelstrecke in der Testphase von Automatisierungssystemen
•Prüf-und Testzwecke
•Prozessbegleitende Simulation (Fehlererkennung bei ECU-Entwicklung)
•Ausbildungs-/Trainingsgeräte (Fahrsimulatoren, ...).
•HiLund SiL

Echtzeitfähigkeit der Rechenplattform (Hardware und Software):
•Plattform mit Echtzeitbetriebssystem (Echtzeitkernel, hardwarespezifischen Treibern)
•Erfüllung der Echtzeitprüfung (benötigte Rechenzeit für die Lösung des Modells innerhalb eines Simulationszeitschritts kleiner gleich der Integrationsschrittweite in Echtzeit), wenn Bedingung verletzt => Abbruch des Echtzeitbetriebs aus Sicherheitsgründen

Echtzeitfähigkeit der Simulationsmodelle:
•Verhaltensberechnung der Modelle erfolgt genau in der gleichen Zeit wie (bzw. schneller als) abgebildete Prozess in der Realität (Synchronität)
•Anforderungen:
-Freiheit von algebraischen Schleifen
-Stetigkeit
-Geringe Steifigkeit für das ausgewählte numerische Lösungsverfahren

Da die Berechnungsreihenfolge algebraischer Schleifen nicht eindeutig ist, sollen echtzeitfähige Modelle folgende Anforderungen erfüllen:
•Keine Schleifen aus Blöcken mit direkter Durchschaltung (gain, sum…)
•Keine direkte Abhängigkeit des Ketteneingangs vom Ausgang
•Ggf. Ausweg: Einfügen von Verzögerungsgliedern (z. B. 1/z)

•Systeme mit stark unterschiedlichen Zeitkonstanten steif
•Orientierung an der geringsten erforderlichen Schrittweite
 -->hoher Rechenaufwand
--> Lösung: Aufteilung des Systems und Berechnung der unterschiedlich schnellen Systeme in separate Simulationen (Co-Simulation, Kopplung)
•Systemsteifigkeit: Verhältnis aus dem betragsgrößten zum betragskleinsten Eigenwert

• Nachweis, dass die Funktion (als Zielcode, z.B. C) auch durch
Einschränkungen (Fixkomma, Integerformate) des
Zielsystems funktioniert
• Simulation der (neuen) Software (Prüfling) gegen ein
Streckenmodell auf dem Entwicklungssystem
• Kommunikation über Modellschnittstellen
• Harte Echtzeitfähigkeit nicht zwingend erforderlich

• Nachweis der Funktionalität der Funktion in Zielcode auf
dem Zielsteuergerät oder Rapid-Control-Prototyping-
System (ähnlich dem späteren Zielsteuergerät)
• Umgebungssimulation ggf. in Kombination mit
Realhardware (z.B. Gaspedal, Schaltkulisse,…)
• Reale Kommunikationsschnittstellen werden genutzt
(Bus, Verdrahtung)
• Harte Echtzeit (da reale Komponenten beteiligt)