控制器軟件開發(fā)的V流程中，有兩個(gè)需要通過(guò)實(shí)時(shí)仿真完成的重要環(huán)節(jié)，即快速控制原型（RCP）與硬件在環(huán)仿真（HIL）。

我相信有很多朋友都對(duì)這兩個(gè)概念早有耳聞，但是它們真正的作用是什么呢？在現(xiàn)實(shí)中，我們又該如何區(qū)分RCP和HIL呢？ 接下來(lái)的時(shí)間里，本文就將參考Speedgoat實(shí)時(shí)仿真方案，徹底解開您的疑惑！

知識(shí)點(diǎn)1：什么是快速控制原型？

快速控制原型（Rapid Control Prototyping，簡(jiǎn)稱RCP），話不多說(shuō)，咱們先看公式：

RCP=假的控制器+真的被控對(duì)象

在控制器開發(fā)中，如果我們使用實(shí)時(shí)仿真機(jī)運(yùn)行Simulink算法，控制實(shí)際的物理對(duì)象（如開關(guān)，電機(jī)，閥門等）。此時(shí)，我們的Speedgoat實(shí)時(shí)仿真機(jī)，就已經(jīng)成了一個(gè)便捷的原型控制器。

憑借這個(gè)原型控制器，軟件工程師可以在很短的時(shí)間內(nèi)，完成算法的功能驗(yàn)證，故得名為快速控制原型。 在傳統(tǒng)的控制器開發(fā)流程中，算法的進(jìn)一步驗(yàn)證，需要工程師自己去開發(fā)一套硬件，并且自行編寫調(diào)用硬件資源的代碼，然后把控制算法部署到硬件里。而且，在后續(xù)測(cè)試中，一旦發(fā)現(xiàn)問題，就可能要把上面的步驟重來(lái)一遍！

這種方法，別說(shuō)開發(fā)者了，我猜屏幕前的朋友們看著都覺得繁瑣。更何況，這些冗長(zhǎng)的步驟，還給我們的潛在用戶，帶來(lái)了更加冗長(zhǎng)的賬單。

對(duì)于這些用戶，他們有一個(gè)強(qiáng)烈的需求，就是：有人能給他們提供一個(gè)成熟的、無(wú)bug的硬件，同時(shí)給他們提供這個(gè)硬件的底層（一般是Simulink驅(qū)動(dòng)模塊），讓他們能夠直接將應(yīng)用層算法下載到這個(gè)硬件中，使得他們可以直接用這個(gè)硬件去控制被控對(duì)象，在實(shí)時(shí)的環(huán)境中驗(yàn)證應(yīng)用層算法。

So，快速控制原型（RCP）應(yīng)運(yùn)而生！

它最大的意義就在于，幫助用戶快速地構(gòu)建一個(gè)原型控制器，這個(gè)原型控制器可以跟真實(shí)被控對(duì)象相連，在實(shí)時(shí)環(huán)境下驗(yàn)證用戶的應(yīng)用層算法。

知識(shí)點(diǎn)2：什么是硬件在環(huán)仿真？

硬件在環(huán)仿真（Hardware-in-loop，簡(jiǎn)稱HIL），同樣的，咱們先看公式：

HIL=真的控制器+假的被控對(duì)象

沒錯(cuò)，RCP和HIL這兩個(gè)聽上去感覺很像的概念，其實(shí)是完全相反的！硬件在環(huán)仿真（HIL）時(shí)，運(yùn)行在實(shí)時(shí)機(jī)中的Simulink被控對(duì)象模型（模擬被控對(duì)象），受真實(shí)控制器的控制，以此對(duì)控制器進(jìn)行測(cè)試。

硬件在環(huán)仿真（HIL）可以適用于幾乎所有嵌入式控制器的功能測(cè)試和驗(yàn)證，在電力電子、工業(yè)自動(dòng)化、汽車控制等領(lǐng)域都得到了普遍應(yīng)用。 比如在實(shí)車測(cè)試之前，預(yù)先通過(guò)HIL對(duì)控制器做一個(gè)全面的功能測(cè)試，提前暴露和解決控制器的bug，大幅度減少實(shí)車測(cè)試的時(shí)間、人力和資金成本。

高性能實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)

硬件在環(huán)仿真（HIL）的核心就在于實(shí)時(shí)仿真機(jī)。一般而言，被控對(duì)象模型比控制算法模型復(fù)雜，所以要求運(yùn)行HIL的實(shí)時(shí)仿真機(jī)，算力更強(qiáng)，CPU配置更高。 要易于將Simulink模型編譯、下載到實(shí)時(shí)仿真機(jī)中，具備靈活且豐富的IO和通訊接口，能夠滿足不同應(yīng)用的需求（一般還需要搭配額外的拓展板卡）。

一種典型配置

在實(shí)際的使用中，仿真主機(jī)一般要搭配其他的設(shè)備，形成一套完整的HIL測(cè)試設(shè)備，根據(jù)設(shè)備的形態(tài)，又可分為兩類：桌面式和機(jī)柜式。

① 桌面式

這種布置形式常見于各大高校和小型企業(yè)，這類用戶對(duì)硬件在環(huán)仿真（HIL）設(shè)備的需求相對(duì)簡(jiǎn)單，附加設(shè)備較少，可以直接置于桌面使用。

②機(jī)柜式

機(jī)柜式硬件在環(huán)仿真（HIL）設(shè)備是大中型企業(yè)的首選，這類用戶的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，需求也更加復(fù)雜，這就需要更多額外的設(shè)備。 但桌面的容量畢竟是有限的，為此，我們會(huì)把所有的設(shè)備，都集成到一個(gè)大機(jī)柜中，以便于使用和維護(hù)。

知識(shí)點(diǎn)3：Speedgoat實(shí)時(shí)仿真方案

Speedgoat公司由MathWorks前員工于2006年成立，總部位于瑞士首都伯爾尼，致力于提供專門針對(duì)MATLAB/Simulink環(huán)境的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

Speedgoat實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)是MATLAB/Siumlink的官方仿真平臺(tái)，無(wú)縫兼容Simulink，顯著的優(yōu)勢(shì)之一是All in Simulink，從建模、離線仿真、到實(shí)時(shí)仿真、調(diào)參監(jiān)控，均可在Simulink環(huán)境完成。

審核編輯：劉清