Como dito na seção anterior, apesar dos resultados satisfatórios obtidos, há espaço para melhorias na plataforma HIL desenvolvida. A primeira melhoria, já comentada tam-bém na seção anterior, é implementar a simulação do modelo em tempo real. Esse tipo de simulação garante que tanto o modelo quanto o algoritmo de controle são executados no mesmo instante de tempo, tornando a simulação ainda mais precisa. Isso também diminui atrasos e questões de temporização que não permitem a simulação de sistemas com di-nâmicas extremamente rápidas, cuja simulação HIL, em seu estado atual, não produziria resultados satisfatórios.
A simulação em tempo real para o modelo pode ser implementada utilizando-se a toolbox Simulink Desktop Real-Time ou a toolbox Simulink Real-Time. A primeira utiliza
somente um computador para realizar a simulação em tempo real, enquanto a segunda toolbox implementa o modelo em tempo real utilizando dois computadores: um computa-dor host que cria um executável a partir do modelo no Simulink e um computadortarget, que recebe esse executável e executa o modelo em tempo real. A intenção era implementar essas metodologias ainda neste trabalho, mas devido a problemas de configuração e com-patibilidade dos sistemas de aquisição de dados utilizados, não foi possível implementar essa funcionalidade a tempo.
A implementação do algoritmo de controle em tempo real também não foi im-plementada neste trabalho, apesar de ser a intenção. A BeagleBone Black possui PRUs, que são processadores dedicados à execução em tempo real. Entretanto, eles são bastante complexos de serem utilizados, de forma que não foi possível implementar essa funciona-lidade antes do prazo final de entrega deste trabalho. A biblioteca libpruio auxilia nesse processo, fazendo com o tempo de execução do algoritmo de controle naBeagleBone Black não varie muito, mas como esse tempo não é fixo e preciso, não é possível considerar que a mesma esteja funcionando em tempo real.
A utilização de um módulo separado de RTC (sigla para Real Time Clock) pode ser uma boa alternativa para ser implementada no futuro, já que existem exemplos dis-poníveis de sua utilização não só para a BeagleBone Black. Além disso, é uma estratégia facilmente utilizável com outros microprocessadores/microcontroladores como Raspberry Pi e Arduino.
Outra funcionalidade que pode ser implementada no futuro é a utilização de con-versores A/D para converter saídas analógicas dos modelos a serem simulados em saídas digitais. Isso é interessante porque nem todos os microprocessadores possuem entradas analógicas como a BeagleBone Black, mas a grande maioria possui muitos GPIOs que podem ser usados como entradas ou saídas digitais. Isso traria ainda mais flexibilidade para a plataforma, pois poderiam ser utilizados ainda mais modelos de microprocessado-res como opções de hardwarepara embarcar algoritmos de controle, como a Raspberry Pi, por exemplo, que não possui pinos próprios para funcionarem como entradas analógicas.
Melhorias na interface da plataforma HIL com o usuário também podem ser im-plementadas. Neste trabalho, a interface se deu através de templates, que são o primeiro passo para a implementação de opções mais amigáveis para o usuário, como menus in-terativos, botões e outros recursos que tornem mais fácil a realização das simulações na plataforma.
Todas essas funcionalidades, se implementadas, possibilitarão não somente a si-mulação de mais modelos, de áreas de aplicação diversas, mas uma plataforma HIL ainda mais completa e capaz de produzir resultados ainda melhores. Isso não significa que a pla-taforma atual não apresente uma boa performance, mas com essas melhorias pode evoluir e tornar-se um projeto ainda mais completo.
Referências
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COMPUTING, M. PCI-DAS6013 and PCI-DAS6014 User’s Guide. 2009. Citado na página 49.
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applicationfields/stories.cfm#filterterms=term-133>. Acesso em 24 de março de 2015.
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ANEXO A – Hil setup.m
1 %% h i l _ s e t u p .m
2
3 % Author : Alceu B e r n a r d e s C a s t a n h e i r a de F a r i a s
4
5 % This f i l e has t h e main o b j e c t i v e o f a d a p t i n g t h e model_template . s l x f i l e
6 % t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e model t o be s i m u l a t e d . J u s t w r i t e t h e needed
7 % i n f o r m a t i o n and e x e c u t e t h i s s c r i p t b e f o r e s i m u l a t i n g .
8
9 c l c ; c l e a r a l l
10 %% System O p e r a t i o n Ranges
11
12 % Mininum v a l u e f o r a l l system i n p u t s . I f you wish t o u s e a d i f f e r e n t r a n g e
13 % f o r each i n p u t , change in_min f o r in_x_min on model_template . s l x , where x
14 % c o r r e s p o n d s t o t h e d e s i r e d i n p u t .
15 in_min = 0 . 0 0 ;
16
17 % Max v a l u e f o r a l l system i n p u t s . I f you wish t o u s e a d i f f e r e n t r a n g e
18 % f o r each i n p u t , change in_max f o r in_x_max on model_template . s l x , where x
19 % c o r r e s p o n d s t o t h e d e s i r e d i n p u t .
20 in_max = 0 . 0 0 ;
21
22 % I n p u t 1 minimum and max v a l u e s
23 in_1_min = 0 . 0 0 ;
24 in_1_max = 2 . 0 0 ;
25
26 % Mininum v a l u e f o r a l l system o u t p u t s . I f you wish t o u s e a d i f f e r e n t r a n g e
27 % f o r each i n p u t , change out_min f o r out_x_min on model_template . s l x , where x
102 ANEXO A. Hil setup.m
28 % c o r r e s p o n d s t o t h e d e s i r e d o u t p u t .
29 out_min = 0 . 0 0 ;
30
31 % Max v a l u e f o r a l l system i n p u t s . I f you wish t o u s e a d i f f e r e n t r a n g e
32 % f o r each i n p u t , change out_max f o r out_x_max on model_template . s l x , where x
33 % c o r r e s p o n d s t o t h e d e s i r e d o u t p u t .
34 out_max = 0 . 0 0 ;
35
36 % Output 1 minimum and max v a l u e s
37 out_1_min = 0 . 0 0 ;
38 out_1_max = 2 . 0 0 ;
39
40 % Output 2 minimum and max v a l u e s
41 out_2_min = 0 . 0 0 ;
42 out_2_max = 2 . 0 0 ;
43
44 % Output 3 minimum and max v a l u e s
45 out_3_min = 0 . 0 0 ;
46 out_3_max = 1 0 . 0 0 ;
47
48 % Output 4 minimum and max v a l u e s
49 out_4_min = 0 . 0 0 ;
50 out_4_max = 2 0 . 0 0 ;
51
52 %% System P a r a m e t e r s
53
54 % V a r i a b l e s needed f o r s i m u l a t i n g t h e d e s i r e d model
55
56 % System Data
57 m1 = 2 6 ;
58 m2 = 2 0 3 ;
59 k1 = 2 0 0 0 0 0 ;
60 k2 = 2 0 0 0 0 ;
61 c = 1 5 0 0 ;
62
63 % Sampling time
64 Ts = 0 . 0 1 ;
65
66 % Number o f b i t s f o r r e p r e s e n t i n g t h e c o n t r o l v a r i a b l e
67 r e s = 9 ;
68
69 % System model : c o n t i n u o u s
70 A=[0 0 1 0 ; 0 0 0 1 ; −k2 /m2 k2 /m2 −c /m2 c /m2 ; k2 /m1 (−k2
−k1 ) /m1 c /m1 −c /m1 ] ;
71 B = [ 0 ; 0 ; 0 ; k1 /m1 ] ;
72 C=e y e( 4 ) ;
73 D=z e r o s( 4 , 1 ) ;
74
75 % System d i s c r e t i z a t i o n
76 s i s t _ c=s s (A, B, C,D) ;
77 s i s t _ d=c2d ( s i s t _ c , Ts ) ;
78 Ad=s i s t _ d . a ; Bd=s i s t _ d . b ; Cd=s i s t _ d . c ; Dd=s i s t _ d . d ;
79
80 % D i s c r e t e LQR g a i n c a l c u l a t i o n
81 Q=d i a g( [ 1 0 0 1 1 1 ] ) ; % S t a t e s Weightning
82 R=1; % Command Weightning
83 klqr_d=d l q r (Ad , Bd , Q, R) ; % Gain c a l c u l a t i o n
ANEXO B – Control template.c
1 /* Template f o r d e v e l o p i n g c o n t r o l a l g o r i t h m s
2 i n C f o r BeagleBone Black /*
3
4 Author : Alceu B e r n a r d e s C a s t a n h e i r a de F a r i a s
5
6 This t e m p l a t e u s e s l i b p r u i o l i b r a r y , from FREEBASIC :
7
8 L i c e n c e : GPLv3
9 C o p y r i g h t 2014 by Thomas{ dOt ] F r e i h e r r [ At ] gmx [ DoT } n e t
10
11 For more i n f o r m a t i o n on l i b p r u i o , a c e s s t h e p r o j e c t w e b s i t e :
12 h t t p : / / u s e r s . f r e e b a s i c−p o r t a l . de / t j f / P r o j e k t e / l i b p r u i o / doc / html /
13 i n d e x . html
14
15 Compile t h e problem u s i n g : g c c −Wall −o executable_name
16 c o n t r o l _ t e m p l a t e . c −l p r u i o .
17 */
18
19 // I n c l u d e l i b r a r i e s . DO NOT DELETE ANY LIBRARY FROM THIS SECTION . You may i n c l u d e a d d i t i o n a l o n e s .
20 #i n c l u d e " s t d i o . h "
21 #i n c l u d e " s t d l i b . h "
22 #i n c l u d e " math . h "
23 #i n c l u d e " s t r i n g . h "
24 #i n c l u d e " tim e . h "
25 #i n c l u d e " s y s / ti me . h "
26 #i n c l u d e " . . / c_wrapper / p r u i o . h " // i n c l u d e h e a d e r
27 #i n c l u d e <t e r m i o s . h>
28 #i n c l u d e <u n i s t d . h>
29 #i n c l u d e <e r r n o . h>
30 #i n c l u d e " . . / c_wrapper / p r u i o _ p i n s . h "
31 #i n c l u d e " f p 2 b i n . h "
32
33 /* System o p e r a t i o n r a n g e s d e f i n i t i o n . */
34
106 ANEXO B. Control template.c
35 // Modify them t o be c o m p a t i b l e with t h e same o p e r a t i o n r a n g e s d e f i n e d on S i m u l i n k .
36 #d e f i n e IN_1_MIN 0
37 #d e f i n e IN_1_MAX 2000
38 #d e f i n e IN_2_MIN 0
39 #d e f i n e IN_2_MAX 2000
40 #d e f i n e IN_3_MIN 0
41 #d e f i n e IN_3_MAX 10000
42 #d e f i n e IN_4_MIN 0
43 #d e f i n e IN_4_MAX 20000
44 #d e f i n e OUT_1_MIN 0
45 #d e f i n e OUT_1_MAX 2 . 0
46
47 /* VARIABLE DECLARATION */
48
49 // DO NOT ALTER THE VARIABLES BELOW
50
51 // P o i n t e r f o r w r i t i n g on BeagleBone Black f i l e s t h a t c o r r e s p o n d t o i t s GPIOs .
52 FILE *f p ;
53
54 // S t r i n g t h a t s t o r e s t h e c o n t r o l v a r i a b l e i n b i n a r y .
55 c h a r b i n S t r i n g [ 9 ] ;
56
57 // V a r i a b l e s t h a t s t o r e e ach b i t from t h e c o n t r o l v a r i a b l e i n b i n a r y .
58 c h a r bit_8 ;
59 c h a r bit_7 ;
60 c h a r bit_6 ;
61 c h a r bit_5 ;
62 c h a r bit_4 ;
63 c h a r bit_3 ;
64 c h a r bit_2 ;
65 c h a r bit_1 ;
66 c h a r bit_0 ;
67
68 // V a r i a b l e s t h a t s t o r e t h e v a l u e t o be w r i t t e n on t h e c o r r e s p o n d e n t GPIOs .
69 i n t gpio_11 ;
70 i n t gpio_12 ;
71 i n t gpio_7 ;
72 i n t gpio_8 ;
73 i n t gpio_9 ;
74 i n t gpio_10 ;
75 i n t gpio_15 ;
76 i n t gpio_16 ;
77 i n t gpio_17 ;
78
79 // V a r i a b l e s f o r r e a d i n g BeagleBone Black . a n a l o g c h a n n e l s
80 i n t a0 , a1 , a2 , a3 ;
81
82 // V a r i a b l e s f o r s t o r i n g v a l u e s r e a d from BeagleBone Black a n a l o g c h a n n e l s i n f l o a r f o r m a t .
83 f l o a t a 0 f , a 1 f , a 2 f , a 3 f ;
84
85 // Enable f o r r e a d i n g c o n t r o l v a r i a b l e on S i m u l i n k .
86 i n t e n a b l e ;
87
88 // C o n t r o l v a r i a b l e .
89 d o u b l e u = 0 ;
90
91 // V a r i a b l e t h a t s t o r e t h e c o n t r o l v a r i a b l e v a l u e i n d i g i t a l form .
92 i n t u_out = 0 ;
93
94 /* Add h e r e t h e v a r i a b l e s needed f o r your c o n t r o l a l g o r i t h m .
95 DO NOT ALTER THE VARIABLES ABOVE, u n l e s s you want t o change t h e number o r t h e GPIOs used .*/
96
97 /* FUNCTIONS*/
98
99 // DO NOT ALTER THE FUNCTIONS BELOW.
100
101 // F u n c t i o n t o c o n v e r t one r a n g e o f o p e r a t i o n i n t o a n o t h e r .
102 i n t mapRange (i n t x , i n t in_min , i n t in_max , i n t out_min , i n t out_max ) {
103 r e t u r n ( x − in_min )*( out_max − out_min ) / ( in_max − in_min ) + out_min ;
108 ANEXO B. Control template.c
104 }
105
106 // F u n c t i o n t o t r a n s f o r m an a n a l o g v a l u e i n t o a d i g i t a l one .
107 i n t adc (f l o a t x , f l o a t in_min , f l o a t in_max , i n t out_min , i n t out_max ) {
108 r e t u r n ( x − in_min )*( out_max − out_min ) / ( in_max − in_min ) + out_min ;
109 }
110
111 // F u n c t i o n t o c o n v e r t an i n t v a r i a b l e i n t o a b i n a r y s t r i n g .
112 v o i d i n t 2 b i n (i n t a , c h a r *b i n S t r i n g ) {
113
114 i n t i = 1 ;
115 i n t b i n a r y I n t = 0 ;
116
117 w h i l e( a >0)
118 {
119 b i n a r y I n t = b i n a r y I n t + a % 2 * i ;
120 i = i * 1 0 ;
121 a = a / 2 ;
122 }
123
124 s p r i n t f ( b i n S t r i n g , " %09d " , b i n a r y I n t ) ;
125 }
126
127 /* Add h e r e your c o n t r o l a l g o r i t h m f u n c t i o n s . DO ALTER THE ONES ABOVE. */
128
129 /* MAIN FUNCTION */
130 i n t main (i n t a r g c , c h a r **a r g v )
131 {
132
133 // D r i v e r s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n f o r u s i n g l i b p r u i o . DO NOT ALTER.
134 p r u I o *i o = pruio_new (PRUIO_DEF_ACTIVE, 0 x98 , 0 , 1 ) ;
135 i f ( p r u i o _ c o n f i g ( i o , 1 , 0x1FE , 0 , 4 ) ) {
136 p r i n t f (" c o n f i g f a i l e d (% s ) \n " , i o−>E r r r ) ; }
137 e l s e {
138
139 w h i l e( 1 ) {
140
141 // R e s e t c o n t r o l v a r i a b l e r e a d i n g e n a b l e . DO NOT ALTER.
142 e n a b l e = 0 ;
143
144 // W r i t i n g e n a b l e i n t o t h e c o r r e s p o n d i n g GPIO . DO NOT ALTER.
145 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 6 5 / v a l u e ", "w") ;
146 f p r i n t f ( fp , "%d " , e n a b l e ) ;
147 f c l o s e ( f p ) ;
148
149 // Read a n a l o g i n p u t s from BeagleBone Black . A l r e a d y c o n f i g u r e d t o c o n v e r t t h e vaue r e a d i n t o t h e
o p e r a t i o n r a n g e s d e f i n e d on t h e system o p e r a t i o n r a n g e s s e c t i o n . I n p u t s may be i n c l u d e d o r removed , a s l o n g a s t h e s t r u c t u r e below i s m a i n t a i n e d .
150
151 // Read AIN0 and c o n v e r t i t t o t h e i n p u t o p e r a t i o n r a n g e .
152 a0 = i o−>Adc−>Value [ 1 ] ;
153 a0 = mapRange ( a0 , 0 , 6 5 5 2 0 , 0 , 1 8 0 0 ) ;
154 a0 = mapRange ( a0 , 0 , 1 8 0 0 , IN_1_MIN , IN_1_MAX) ;
155 a 0 f = (f l o a t) a0 / 1 0 0 0 . 0 0 ;
156 p r i n t f ("%f \n ", a 0 f ) ;
157
158 // Read AIN1 and c o n v e r t i t t o t h e i n p u t o p e r a t i o n r a n g e .
159 a1 = i o−>Adc−>Value [ 2 ] ;
160 a1 = mapRange ( a1 , 0 , 6 5 5 2 0 , 0 , 1 8 0 0 ) ;
161 a1 = mapRange ( a1 , 0 , 1 8 0 0 , IN_2_MIN , IN_2_MAX) ;
162 a 1 f = (f l o a t) a1 / 1 0 0 0 . 0 0 ;
163
164 // Read AIN2 and c o n v e r t i t t o t h e i n p u t o p e r a t i o n r a n g e .
165 a2 = i o−>Adc−>Value [ 3 ] ;
166 a2 = mapRange ( a2 , 0 , 6 5 5 2 0 , 0 , 1 8 0 0 ) ;
167 a2 = mapRange ( a2 , 0 , 1 8 0 0 , IN_3_MIN , IN_3_MAX) ;
168 a 2 f = (f l o a t) a2 / 1 0 0 0 . 0 0 ;
169
110 ANEXO B. Control template.c
170 // Read AIN3 and c o n v e r t i t t o t h e i n p u t o p e r a t i o n r a n g e .
171 a3 = i o−>Adc−>Value [ 4 ] ;
172 a3 = mapRange ( a3 , 0 , 6 5 5 2 0 , 0 , 1 8 0 0 ) ;
173 a3 = mapRange ( a3 , 0 , 1 8 0 0 , IN_4_MIN , IN_4_MAX) ;
174 a 3 f = (f l o a t) a3 / 1 0 0 0 . 0 0 ;
175
176 /* I n s e r t your c o n t r o l e q u a t i o n h e r e . Name your c o n t r o l v a r i a b l e u . */
177
178 // Convert c o n t r o l v a r i a b l e i n t o a d i g i t a l v a l u e . A l t e r o n l y i f you wish t o change t h e number o f b i t s t o be used .
179 u_out = adc ( u , OUT_1_MIN, OUT_1_MAX, 0 , 5 1 1 ) ;
180
181 // Trasform c o n t r o l v a r i a b l e i n t o b i n a r y . DO NOT ALTER.
182 i n t 2 b i n ( u_out , b i n S t r i n g ) ;
183
184 /* A s s o c i a t e e ach b i t from t h e b i n a r y c o n t r o l v a r i a b l e t o a GPIO .
185 Only a l t e r i f a d i f f e r e n t number o f b i t s w i l l be used o r i f you
186 wish t o a s s i g n d i f f e r e n t GPIOS . Check BeagleBone Black h e a d e r
187 i n o r d e r t o g e t t h e c o r r e c t number f o r t h e d e s i r e d GPIOs . */
188
189 // A s s o c i a t e e ach b i t wit h a c h a r v a r i a b l e*/
190 bit_8 = b i n S t r i n g [ 0 ] ;
191 bit_7 = b i n S t r i n g [ 1 ] ;
192 bit_6 = b i n S t r i n g [ 2 ] ;
193 bit_5 = b i n S t r i n g [ 3 ] ;
194 bit_4 = b i n S t r i n g [ 4 ] ;
195 bit_3 = b i n S t r i n g [ 5 ] ;
196 bit_2 = b i n S t r i n g [ 6 ] ;
197 bit_1 = b i n S t r i n g [ 7 ] ;
198 bit_0 = b i n S t r i n g [ 8 ] ;
199
200 // Turn each c h a r v a r i a b l e i n t o i n t */
201 gpio_11 = bit_8 − ’ 0 ’;
202 gpio_12 = bit_7 − ’ 0 ’;
203 gpio_7 = bit_6 − ’ 0 ’;
204 gpio_8 = bit_5 − ’ 0 ’;
205 gpio_9 = bit_4 − ’ 0 ’;
206 gpio_10 = bit_3 −’ 0 ’;
207 gpio_15 = bit_2 − ’ 0 ’;
208 gpio_16 = bit_1 − ’ 0 ’;
209 gpio_17 = bit_0 − ’ 0 ’;
210
211 // Write e ach i n t v a r i a b l e t o i t s c o r r e s p o n d e n t GPIO .
212 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 2 7 / v a l u e ", "w") ;
213 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_17 ) ;
214 f c l o s e ( f p ) ;
215
216 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 4 6 / v a l u e ", "w") ;
217 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_16 ) ;
218 f c l o s e ( f p ) ;
219
220 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 4 7 / v a l u e ", "w") ;
221 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_15 ) ;
222 f c l o s e ( f p ) ;
223
224 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 6 8 / v a l u e ", "w") ;
225 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_10 ) ;
226 f c l o s e ( f p ) ;
227
228 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 6 9 / v a l u e ", "w") ;
229 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_9 ) ;
230 f c l o s e ( f p ) ;
231
232 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 6 7 / v a l u e ", "w") ;
233 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_8 ) ;
234 f c l o s e ( f p ) ;
235
236 f p = f o p e n (" / s y s / c l a s s / g p i o / g p i o 6 6 / v a l u e ", "w") ;
237 f p r i n t f ( fp , "%d " , gpio_7 ) ;
238 f c l o s e ( f p ) ;
239