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实时仿真平台
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quanser
QStudioRP－通用快速控制实时仿真系统
系统概述
QStudioRP 是由加拿大Quanser公司开发的一套基于PC开放式架构的控制系统设计、仿真、测试的软硬件 集成一体化平台。工
程师可以在QStudioRP平台上完成工程项目的建模、实时仿真、快速控制原型、硬件在回路测试以及原理样机全 实物仿真。
QStudioRP基于开放式架构，具有实时性强、可靠性高、扩充性好等优点，可以帮助提高您的生产力、减少开发周期、加速产品
进入市场。
“由于基于PC分布式全数字仿真、快速控制原型和半实物(HIL，也称硬件在回路)仿真在成本、风险、开 发时间、I/O硬件可用
性、可维护性、特殊驱动器要求和连接等方面的优点，其已经成为发展趋势。” Mike Dickens，MathWorks公司技术市场营销
经理在《Design News》杂志撰文指出。QStudioRP即是完全基于 PC架构。
 
工作原理
在控制系统设计最初阶段，我们常常根据如超调和相位滞后等性能指标，使用Matlab来进行计算机仿真， 验证我们选择的控制算
法，并获得最佳的控制器参数。计算机仿真的结果是否满足实际的要求，往往取决于我 们建立的模型的准确程度。因此我们必须
建立快速控制原型（RCP），在回路中引入实际的被控设备对计算机 仿真得到的理论值进行验证和调节。QStudioRP就用来完
成这样的工作。
QStudioRP_1
如上图所示，QStudioRP主要包括WinCon软件和Q8硬件在回路控制卡。WinCon软件与Matlab/Simulink完全 兼容，同时基于
RTX实时系统，可以在多任务的Windows 2000/XP操作系统下实现硬实时控制。Q8硬件在回路控 制卡上没有任何微处理器或
DSP，它与WinCon软件配合通过功放对实际被控设备进行实时控制，整个闭环控制系 统的控制频率可以达到精确的10KHz。
满足几乎所有仿真和工程实际的需要。QStudioRP的主要特性如下：
● 硬实时
QStudioRP依赖RTX来提供Windows平台的硬实时特性。RTX可以保证基于PC的闭环控制系统的输入输出频 率高达10kHz。
QStudioRP_002
微小确定的延时 控制循环时间统计
● 高性价比
QstudioRP是一种基于PC的桌面解决方案，因此我们可以用更少的花费获得更高的性能，从而为更多 的工程师配置该 平台。
● 省时
Quanser是在工业领域中唯一提供购买、安装、配置、调试购买产品等全部服务的供应商。这使得 Quanser成为了一个“一站
式商店”，并且简化了您的工作。如果每个控制工程师都使用QStudioRP，那么您的快速原型开发将变得非常简单、迅捷，使
控制工程师将精力集中到仿真控制上。
● 灵活
QstudioRP基于PC开放式架构，从模型到半实物仿真再到实时控制代码的移植方便、快速。所有的I/O端口都是可扩展的。在
您的PC所允许的范围内，我们可以应用多块Quanser的硬件在回路中的控制板卡来满足性能要求。WinCon的设计架构允 许单PC或多PC配置，满足了多种设计需要。
● 易于掌握
在熟悉的环境中进行设计，不需要学习新工具。Windows、MATLAB/Simulink和Ardence RTX都提供了符合 工业标准的相似
的开发环境。
 
WinCon软件
WinCon是一个高性能的用于快速控制原型和硬件在回路仿真的工具包。它是一个在硬实时环境RTX下运行 Simulink 模型 的
Windows应用程序。WinCon可通过Matlab/Simulink/RTW快速实现实时代码的自动产生。设计改变和在线参数调节快速， 方
便，使反复设计更加容易。
QStudioRP_003
WinCon输出图形
WinCon的灵活设计和执行环境使我们不仅可以通过 Simulink创建和控制一个实时系统，而且可以单独使 用WinCon工程和控
制面板来创建和控制这样的实时系统。WinCon与MathWorks 产品的无缝儿集成使我们超出了仿真本身，进而可在实际的硬件
平台上验证控制器。WinCon软件充分利用了美国Ardence公司的RTX实时内核，保证实时进程有更高的CPU优先级。WinCon
是QStudioRP平台的必不可少的部分。这种单PC配置的架构确保了该方案的性价比，使工程师人手一套成为可能。WinCon的
主要特性如下：
● 在安装Windows 2000/XP 的开放式架构的PC机上运行实时控制器
● 基于Ardence公司的工业级的实时内核RTX
● 已证明的微小的、可预测的实时性能
● 通过Simulink或独立其进行在线参数调节
● 单独的控制器执行(WinCon工程)
● 多种多样的实时参数显示方式
● 支持单处理器和多处理器配置
● 在Windows 2000/XP上多处理器支持可改善采样和控制频率
● 以MAT和M文件记录日志
● 通过TCP/IP通讯的WinCon客户端和服务器允许更强有力的配置
 
Q8控制卡－硬件在回路控制卡
Quanser创新的Q8硬件在回路的控制卡是一个通用的和高性能的实时测量和控制板卡，它提供了广泛的硬 件特性和软件 支持。
使用这个通用的板卡，我们可以容易连接各种各样的设备。板载的输入输出如下：
Q8_01
Q8控制卡 基于PC开放式架构的控制系统
Q8控制卡集成的功能：
● 8路14位A/D
● 8路12位D/A
● 8路增量式编码器
● 32路数字I/O
● 2路PWM
 
Q8控制卡特点：
● 被优化满足实时控制性能
● 性价比高。没有板载DSP、RSIC架构处理器和板载内存，所有处理由PC机的CPU完成
● 提供快速连接终端板和线缆
● 可编程计数器和看门狗定时器提供最大的安全性和灵活性
● 提供高性能的Ardence RTX驱动
● 采用主从方式支持多板配置，在一个PC机中可插入多块板卡，以对更多设备进行控制
● 同时支持PC机串口的确定性响应,可与多块Q8板卡一起使用
 
QStudioRP平台技术参数表
>半实物仿真软件工具包WinCon
>版本 >5.1
>最大闭环控制频率 >10kHz
>硬件在回路接口卡Q8
>接口 >PCI
>PCI总线宽度 >32位
>总线速度 >33 MHz
>模拟输入
>通道 >8
>分辨率 >14位
>输入范围 >± 10V
>转换时间/采样频率* >1或2通道：5.2 μs / 192 kHz
>8通道同时：17.8 μs / 56 kHz
>* 上面的时间是I/O的转换时间。板载的FIFO允许A/D转换由硬件在背后完成，这样控制计算和A/D转换可以同时进行。上述8通道同时采样和保持。
>模拟输出
>通道 >8
>分辨率 >12位
>转换率 >2.5 V / μs
>输出范围 >双极： ± 5V, ± 10V
>单极：0-10V
>转换时间** >1 或2通道：0.62 μs
>8通道同时：1.35 μs
>** 上面的值是写入D/A的时间。板载双缓存允许D/A转换由硬件在背后完成，这样控制计算和D/A转换可以同时进行
>编码器输入计数器
>正交编码器输入 >8
>计数大小 >24-bit
>正交最大A和B相频率 >2 MHz
>4倍正交最大计数频率 >8 MHz
>非正交最大计数频率 >15 MHz
>转换时间 >1编码器读：2.50 μs
>4同时编码器读：2.50 μs
>所有8个编码器同时读：4.72 μs
>特性：
>同时采样，单端输入
>非正交(计数/方向)和1X, 2X或4X正交模式
>广泛的标志脉冲信号输入
>单独可编程计数器和索引模式以及过滤时钟
>TTL/CMOS兼容
>数字I/O
>通道 >32
>转换时间 >单数字输出：0.18 μs
>多数字输出(32线)：0.18 μs
>单数字输入：0.68 μs
>多数字输入(32线)：0.79 μs
>通用计数—定时器>
>计数—定时器数目 >2
>计数—定时器大小 >32位
>定时器分辨率 >30 ns
>特性：
>可配置为PWM输出
>一个计数器可配置为看门狗定时器
>一个计数器允许硬件选通
>软件触发和停止
>看门狗定时器(可配置为通用计数—定时器)
>用户可编程看门狗定时器 >1
>PWM 输出(可配置为通用定时—计数器)
>用户可编程PWM输出 >2

 
***以上通道数目是一块硬件接口卡的，若通道数量不够，可选用多块Q8版卡。上表中各个接口的通道数量也相应增加***
 
（THE END）
 
 
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