NI VeriStand 2010 使用手册

Real-Time Testing and Simulation Software

NI VeriStand 2010使用手册

Document Version 1.0

By 慕慕 316395914

NI VeriStand 2010使用手册

目录

1. 2.

概述 ........................................................................................................................................... 3 创建软件模型 ............................................................................................................................ 4 2.1. 2.2. 3. 4.

创建被控对象模型 ................................................................................................................. 4 创建控制器模型 ..................................................................................................................... 9

创建MIL测试环境 .................................................................................................................. 11 创建测试激励信号 .................................................................................................................. 20 4.1. 4.2.

使用 STIMULUS PROFILE EDITOR .................................................................................................. 20 使用TMDS FILE VIEWER ........................................................................................................... 26

5. VERISTAND高级功能 ............................................................................................................... 28 5.1. 5.2.

使用USER CHANNELS、PROCEDURES、ALARMS ........................................................................... 28 使用CALCULATED CHANNELS ...................................................................................................... 33

6. 创建HIL测试系统 ................................................................................................................... 39 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9.

添加实时目标机 ................................................................................................................... 39 添加NI DAQ设备 .................................................................................................................. 41 添加NI R系列设备 ............................................................................................................... 43 添加NI故障注入模块 .......................................................................................................... 44 添加NI COMPACT RIO 硬件..................................................................................................... 47 添加NI XNET硬件................................................................................................................. 48 添加TDK-LAMBDA可编程电源 .............................................................................................. 53 更改软硬件端口映射 ........................................................................................................... 57 更改模型运行设置 ............................................................................................................... 58

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1. 概述

VeriStand 2010是美国 National Instruments公司专门针对HiL仿真测试系统而开发出的软件环境。

VeriStand 2010是一种基于配置的软件环境，它简单易用，无需编程就完成实时测试系统的创建，实现HiL测试中所需的各种功能。NI VeriStand 2010能够配置模拟、数字和基于FPGA的硬件I/O接口；能够配置激励生成、记录数据、计算通道和事件警报；能够从NI LabVIEW和MathWorks Simulink?等建模环境中导入控制算法和仿真模型；能够利用操作界面实时在线监控运行任务并与之交互。

本文档介绍了NI Veristand 2010各项主要功能的使用方法，并按照通用的开发测试顺序编写，主要内容包括：

? 创建软件模型； ? 创建MiL测试系统；

? 实现自动化测试、记录数据； ? 创建HiL测试系统。

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2. 创建软件模型

NI VeriStand 2010可以利用*.dll文件导入由Matlab/Simulink/Stateflow创建的算法或仿真模型，下图所示为Simulink模型导入NI VeriStand的过程：

The MathWorks, Inc.Simulink在Simulink环境中创建模型The MathWorks, Inc.Real-Time Workshop利用Matlab RTW, 将Simulink模型编译为C代码Compiler利用VC，将C代码编译为Model_name.dll在NI VeriStand中，直接添加*.dll文件NI VeriStand

注意：NI VeriStand 支持的编译器包括Microsoft Visual C++ 6.0, .NET 2003, 2005 (Professional or Express), or 2008 (Professional or Express).

在本章中具体介绍了上述过程的操作步骤，将一个在Matlab/Simulink环境下创建的 *.mdl文件转换为NI VeriStand所支持的 *.dll文件。

下面用到的仿真模型来自Matlab / Simulink的Demos：

? 发动机Engine模型：Modeling Engine Timing Using Triggered Subsystems ? 控制器ECU模型：Engine Timing Model with Closed Loop Control

2.1. 创建被控对象模型

下面过程将演示如何将Simulink中的发动机Engine模型，转换为VeriStand可用的被控对象模型。

1. 打开Simulink模型： Modeling Engine Timing Using Triggered Subsystem

另存到新建工作目录中，例如 D:\\NIVS_HandsOn，为避免和原有模型冲突，重命名为Engine.mdl

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该发动机模型要求的输入信号为 ? Throttle Angle 节气门开度

? Drag Torque 拖拽扭矩（负载扭矩） 输出信号为

? Engine Speed 发动机转速

关于该模型的具体信息，请参考Simulink帮助文档。

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运行后结果如下所示，上图为发动机模型所需输入信号，黄色曲线为负载扭矩，紫色曲线为节气门开度；下图中为发动机模型计算的输出信号，黄色曲线为发动机转速。

1) 0~5s，节气门开度不变，负载扭矩在2s时，由25 Nm 下降到20 Nm，发动机转速

因负载扭矩变小而提高；

2) 5s时，节气门开度增加，负载不变时，发动机转速快速升高； 3) 8s时，负载扭矩再次增加，节气门开度不变，转速下降。

2. 正确安装VeriStand后，在Simulink Library Browser 中会自动添加 NI VeriStand Blocks，

如下图所示：

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3. 修改模型

1) 将模型中需要做映射的端口，用相应的NIVeriStand In 和NIVeriStand Out 替代； 2) 在Simulink模型最上层中添加Block NIVeriStandSignalProbe，添加后下层所有模块

的参数也都可以通过VeriStand观测或者修改；

3) 取消原Simulink模型中Signal Properties下有关data logging的选项。

4) 完成修改后的发动机模型如下所示：

4. 设置编译环境并编译

1) 打开Simulink模型的Configuration Parameters (快捷键：Ctrl+E), 2) 在Real-Time Workshop中，指定System target file为NIVeriStand.tlc，点击OK确认。 注意：如果实时目标机为cRIO系列，此处要选择NIVeriStand_VxWorks.tlc

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3) 回到Solver页面，选择定步长求解器：fixed step-size ordinary differential equation

(ODE) solver

注意：NI VeriStand只支持使用定步长的常微分方程求解器

4) 指定步长：Fixed-step size (fundamental sample time)为0.001，也就是1kHz

注意：步长越小仿真模型计算越准确，但相应的会消耗更多技术资源。修改完步长后，要再次运行仿真模型，观察结果，既要避免因步长选择过大，出现如无法收敛，计算精度无法满足要求，又要避免过小的步长造成cpu运算负担过大，影响实时性。

5) 点击Incremental Build图标或者Ctrl + B，开始编译

6) 编译成功后，Matlab的Command Windows中出现下列提示，

### Successful completion of Real-Time Workshop build procedure for model: ModelName，

并生成与Engine.mdl同名的Engine.dll文件，保存在新生成的 Engine_niVeriStand_rtw文件夹内。

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2.2. 创建控制器模型

在Simulink提供的Demo Engine Timing Model with Closed Loop Control中包含了控制器ECU的算法。我们需要把其中的控制器(Controller)算法从闭环模型中分割出来，建立单独的ECU模型，并编译为对应的 *.dll文件。

Controller采用PI控制算法，可根据目标发动机转速，结合发动机模型中的负载扭矩，计算出节气门开度，最终使发动机实际转速与目标转速一致。

下图中黄色曲线为发动机负载曲线，紫色曲线为控制器输出的节气门开度 1) 2s时，由25 Nm变为20 Nm 2) 8s时，由20 Nm变为25 Nm

下图中黄色曲线为目标转速（Speed Setpoint），在5s时由2000 rpm跳变为3000 rpm，紫色曲线为实际转速。

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1. 分割、修改ECU模型

1) 打开所需的Demo：Engine Timing Model with Closed Loop Control

2) 提取模型中的Controller子模块

3) 添加NIVeriStand In、NIVeriStand Out和NIVeriStandSignalProbe，另存为Ecu.mdl。

修改后的ECU模型如下所示：

2. 设置编译环境并编译，最终生成所需的Ecu.dll文件。具体配置过程请参考发动机模型

转换部分。

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3. 创建MiL测试环境

在上一章中，我们准备好了Engine和Ecu的软件模型，在本章中，我们会将其导入到NI VeriStand 2010中，创建一个MiL (Model-in-the-Loop) 测试环境，并介绍如何在Work Space中添加控件，控制和观察Engine、Ecu的行为。

1. 运行 NI VeriStand

Start ? Program Files ? National Instruments ? NI VeriStand 2010 ? NI VeriStand. 2. 新建一个项目(Create a new project).

1) 选择 File ? New Project.

2) 在Project Name中输入项目名称：ecu hil hands on.

3) 指定项目根目录 Project Root Folder 到 \\National

Instruments\\NI VeriStand 2010\\Projects 4) 勾选Create folder for project. 5) 点击OK确认.

3. 点击 Configure Project, 打开项目浏览器Project Explorer.

项目浏览器(Project Explorer) 用于配置测试所需的全部设置。通过Project Explorer可以部署(Deploy)和运行(Run)系统定义文件。项目浏览器包括所有运行和自动化测试所需关键的参数，同时也可以添加定制文件。

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4. 展开 System Definition File 节点.

5. 鼠标右键单击 .nivssdf 文件，选择 Launch System Explorer.

系统浏览器 (System Explorer) 用于创建NI Veristand系统定义文件。系统定义文件是一个配置NI Veristand引擎特性的文件。通过添加，删除和修改位于系统浏览器左部的各项配置可以定义各种属性，包括NI VeriStand引擎的执行方式、硬件端口、计算通道、对仿真模型的控制、报警，执行顺序以及管理通道之间的映射关系。完成系统定义文件的设置后，它将被部署到NI VeriStand 引擎并开始运行。

6. 添加发动机Engine模型

1) 展开Targets ? Controller，点击Simulation Models； 2) 添加模型 Add Simulation Model.

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3) 将目录转换到Engine.dll所在目录

4) 选择Engine.dll，单击 OK.确认

发动机模型有2个输入 (节气门开度和负载扭矩) 和1个输出（发动机输出）。

7. 添加控制器ECU模型

1) 点击 Simulation Models，添加仿真模型 Add Simulation Model； 2) 选择Ecu.dll，单击 OK 确认。

控制器模型包含2个输入(目标转速rpm和实际转速 rad/s)和1个输出(节气门位置)。目标转速由上位机给定、实际转速来自于发动机模型，ECU计算出的节气门位置再传递给发动机模型。

8. 调整发动机模型和控制器模型的运行顺序

1) 在System Explorer左侧的树状结构中选择Execution Order; 2) 将发动机模型的色条由Group1拖到Group2

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9. 现在需要将发动机和控制器模型的输入输出端口映射到一起

1) 从菜单中选择Tools ? Edit Mappings

2) 从Sources 来源窗口中选择Simulation Models ? Models ? Ecu ? Outports ? throttle

angle setpoint

3) 从Destinations目标窗口中选择Simulation Models ? Models ? Engine ? Inports ?

Throttle Angle. 4) 点击Connect，完成两个信号的相互映射

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10. NI VeriStand中也可以实现批量导入导出映射配置文件

1) 在System Mapping的工具条上点击Open.

2) 选择文件映射文件 \\National Instruments\\NI VeriStand

2010\\Projects\\ecu hil hands on\\ecu hil mapping.txt. 3) 点击Import，导入剩余的映射配置到VeriStand中.

4) 点击Exit，所有的映射关系会在Mappings的列表中显示出来

11. 添加标定参数，实现在线标定功能

1) 展开 Models ? Ecu ? Parameters，里面包含了Simulink模型中所有Block的参数 2) 双击 Source窗口中的 Proportional Gain，添加PI控制器的比例系数 3) 双击 Source窗口中的 Integral Gain，添加PI控制器的积分系数

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Imported中会出现在Source窗口中双击选定的参数，这些参数可以进行在线的调整参数。

添加完毕后，保存，如果出现下列错误提示。直接选择Continue即可，不会影响后续操作。

12. 在System Explorer的树状节点中选择 Controller

13. 改变目标速率Target Rate 为1000 Hz (1 kHz).

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14. 保存并且关闭系统浏览器System Explorer

至此我们已经导入了所需的模型并且将端口映射到了一起，下面就可以将系统定义文件部署到计算机中并开始运行。通过在Workspace中添加相应控件，可以设定发动机目标转速，然后观察控制器是如何通过调整节气门开度，使发动机达到指定转速的。

15. 选择Operate ? Run, 部署和执行系统定义文件

16. 点击Screen ? Screen Properties…从中可以修改页面(screen)名称

1) Name the screen：MIL. 2) 选择 OK.

17. 切换到编辑模式，可以添加控件。选择 Screen ? Edit Mode or CTRL+M.

18. 从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个图形控件Graph(Simple)

1) 名称Graph Title: Engine Speed 2) 选择通道Channel:

Controller ? Simulation Models ? Models ? Engine ? Outports ? Engine Speed

3) 点击 4) 5) 6) 7)

将Engine Speed添加到Graph中

选择Format & Precision 标签

修改Y轴的显示范围最大值Maximum: 5000 和最小值Minimum: 0 修改Y轴坐标名称scale Label: rpm 修改X轴坐标名称scale label: time

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19. 从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个数字控件Numeric Control (Medium)

? 选择通道Channel: Controller ? Simulation Models ? Models ? Ecu

? Inports ? rpm Setpoint

? 填写控件名称Control Label: rpm Setpoint

20. 从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个数字控件Numeric Control (Medium)

? 选择通道Channel: Controller ? Simulation Models ? Models ?

Engine ? Inports ? Load Torque

? 填写控件名称Control Label:

Load Torque

21. 退出编辑模式，选择 Screen ? Edit Mode (Ctrl + M).

22. 添加对Engine模型运行的控制，从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个模型控件

Model (Model Control)

? Model : Controller / Ecu

23. 添加对Ecu模型运行的控制，从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个模型控件

Model (Model Control)

? Model : Controller / Engine

24. 修改Ecu控制器中的I参数，从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个模型标定控

件Model Calibration Control (Medium)

? 需要标定的通道名称Calibration：ECU/Controller/Integral Gain/Gain ? 填写控件名称Control Label: I 参数

25. 修改Ecu控制器中的P参数，从左侧的Workspace Controls栏中，拖拽一个模型标定控

件Model Calibration Control (Medium)

? 需要标定的通道名称Calibration: ECU/Controller/Proportional Gain/Gain ? 填写控件名称Control Label: P 参数

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26. 至此基本的MiL测试环境创建完成，可以改变目标转速和负载，验证Ecu控制器中的算

法是否满足要求，也就是实际转速能否快速、稳定的跟随目标转速。并能通过修改P、I参数，优化Ecu的控制效果，并确定出最佳数值。

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4. 创建测试激励信号

在第3章中我们学习了如何用NI VeriStand 2010的Workspace建立基本的用户界面。在本章中将介绍如何使用Stimulus Profile Editor创建测试激励信号，用于自动化测试。NI VeriStand 中还集成了有许多其他工具，包括警报监控，信号错误管理，TDMS File 观测器等，我们将在后面的章节继续介绍。

4.1. 使用 Stimulus Profile Editor

使用NI VeriStand 2010下的激励信号编辑器 Stimulus Profile Editor可以创建激励信号，常用的如正弦波、方波、三角波、阶跃信号等可直接拖拽、配置。

1. 在Project Explorer浏览器中，右键单击Profiles，选择Add ? New Stimulus Profile…

1) 保存到 \\National Instruments\\NI VeriStand 2010\\Projects\\ecu

hil hands on\\Stimulus Profiles 文件夹

2. Header标签栏用于指定所记录数据的存放位置Data File Path，可设置分组存放文件夹

Group folder和指定测试样本编号Sample Number。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/giqt.html