RTAI驱动的柴油机硬件在环实时仿真技术

"基于RTAI的发动机硬件在环实时仿真系统是电控增压柴油机控制系统设计中的关键技术。文章作者张捷、高世伦、蒋方毅来自华中科技大学能源与动力工程学院，他们提出了一种创新的仿真方法，结合Matlab/RTW和Linux实时操作系统，构建Simulink的发动机实时仿真模型，能够自动生成优化的嵌入式实时代码，并在线调整模型参数和监控仿真数据。这种方法显著提升了硬件在环仿真平台的开发速度。通过6110/125ZL柴油机的仿真案例，验证了该方法的可行性和快速响应性能。硬件在环仿真系统需具备高速运算能力、高速I/O接口和良好的扩展性，以应对不同控制器硬件和复杂控制项目的需求。文中提出的系统方案采用硬件在环快速开发方法，从Matlab/Simulink模型直接生成C代码，减少了手动编码和调试的工作量，提高了效率。" 在电控增压柴油机的控制系统设计初期，硬件在环仿真(HILS)对于测试和验证控制策略至关重要。基于RTAI(Real-Time Application Interface)的实时操作系统能提供必要的实时性能，使得柴油机模型的计算速度能够满足严格的实时要求。例如，6110/125ZL柴油机在2300r/min时，每个燃烧循环仅52ms，要求控制仿真精度达到0.1°CA，这就需要仿真系统具备极高的计算速度。 硬件在环仿真系统的主要挑战包括： 1. 高速运算能力：为了确保实时性，系统需要处理大量计算任务，尤其是在控制系统的高精度要求下。 2. 高速且适应性强的I/O接口：适应各种控制器硬件和传感器、执行器的接口需求，以应对技术的快速发展和更新。 3. 扩展性：随着控制项目的增加和控制复杂性的提高，系统应能方便地扩展功能。 文中提出的解决方案采用了硬件在环快速开发流程，通过Matlab/Simulink建模，直接生成可用于实时系统的优化C代码，这一流程大大简化了开发周期，提高了效率。用户还能通过生成s函数对生成的代码进行个性化定制，或者使用目标语言编译器指定特定的优化选项。 通过6110/125ZL柴油机的硬件在环仿真，验证了这种方法的有效性，表明基于RTAI的实时仿真系统能满足高性能和高精度的仿真需求，是电控增压柴油机控制策略开发的重要工具。这种方法不仅适用于柴油机，也对其他需要高精度实时仿真的领域有借鉴意义，如航空航天、电力系统等。