使用基于仿真技术的实时测试节约时间和成本
几十年来，将实时仿真和物理I/O集成在一起的测试系统一直都被用于测试那些带有嵌入式软件的机械控制系统。在这些应用中，设计者使用数学模型来仿真物理系统部件的动态特性，从而无需使用完整的系统就可以测试电子控制单元。设计者们越来越多地使用这种硬件在环（Hardware-in-the-loop，HIL）技术来开发复杂的机电系统，并能够在更短的时间内实现更高的质量，且成本更低。
图1. HIL测试应用使用实时仿真技术，通过在ECU和仿真系统之间建立电子仿真，从而在系统不完整的条件下，实现系统级的软件测试。
机械测试应用，例如基于测功机和伺服液压系统的测试系统通常使用模型来完成真实的和仿真系统部件之间的某些机械作用。随着新材料的出现、系统部件之间连接的越发紧密，以及人们对可靠性和安全性期望的日趋增高，使得这一领域持续发展。在机械测试应用中使用实时的仿真技术，可以通过将待测目标的相关部件分离出来，并将其余部件通过模型来仿真，从而达到减少成本的目的。
使用实时仿真技术给机械测试系统所带来的好处，可以参考 来自欧洲的研究组织Tecnalia的案例。 研究人员开发了一个参数化的建模环境Dynacar，可以让用户很容易地对他们特定的动力总成系统创建模型，他们只需将他们设计的组件虚拟地组装起来，并对每个组件配置相应的参数。为了在只有一个真实组件存在的条件下，实现一个系统级的测试，测试工程师们可以使用实时仿真来替代将所缺失的组件。
真实的物理组件与实时仿真模型，通过测功机和/或伺服液压系统耦合在一起。使用这种技术，可以通过改变参数配置，从而以一种低成本的方式来对组件进行测试。例如，一个传动系统的制造商可以通过简单地切换轮胎、传动装置和马达的组合来测试组件的运行状况。
真实的物理组件与实时仿真模型，通过测功机和/或伺服液压系统耦合在一起。使用这种技术，可以通过改变参数配置，从而以一种低成本的方式来对组件进行测试。例如，一个传动系统的制造商可以通过简单地切换轮胎、传动装置和马达的组合来测试组件的运行状况。
实时的仿真还用于开发更安全的土木结构的机械测试当中。由于土木结构的整体尺寸很大，对新设计方法的测试可能会成本很高。在机械测试中，测试台必须要比待测试件的尺寸大得多，所以你可以想象在测试一个新的房屋设计时所需的测试台尺寸。包括里海大学、内华达大学里诺分校，以及美国科罗拉多大学博尔德分校等研究机构都使用实时的仿真部件来补充建筑物框架中的关键结构部件。
对于机械结构的软件仿真模型所施加的激励，将会告知硬件对于待测组件施以什么样的加载力。同样，位于待测部件上的传感器通过诸如 NI SC Express等设备将测得的信息反馈给模型。这样，只需测试的就只是建筑模型的一部分，而不是整个建筑机构，可以将测试的工作量大大降低。此外，结构中的一个部件可以分离出来，从而避免对结构中的其它无需关注的部分造成不必要的疲劳损伤。
对于机械结构的软件仿真模型所施加的激励，将会告知硬件对于待测组件施以什么样的加载力。同样，位于待测部件上的传感器通过诸如 NI SC Express等设备将测得的信息反馈给模型。这样，只需测试的就只是建筑模型的一部分，而不是整个建筑机构，可以将测试的工作量大大降低。此外，结构中的一个部件可以分离出来，从而避免对结构中的其它无需关注的部分造成不必要的疲劳损伤。
图2.一个实时仿真系统为执行器控制环路提供加载目标，从而为待测单元创造机械仿真模型环境。
HIL测试应用中，仿真是用来精确地表示电子信号的交互，而在实时机械仿真中，仿真是用来表示待测的机械组件和仿真的机械模型（位移、速度、力）之间的物理作用。前者为待测单元提供一个电子信号，表征仿真的系统当前的状态；后者则会通过模型计算出一个力值，并使用一个闭环控制算法来将这一作用力施加在待测单元上。
图3. 在此范例中，使用传感器反馈来提供机械执行机构的闭环控制，将实时仿真和待测物理组件耦合在一起。
HIL测试应用中，仿真是用来精确地表示电子信号的交互，而在实时机械仿真中，仿真是用来表示待测的机械组件和仿真的机械模型（位移、速度、力）之间的物理作用。前者为待测单元提供一个电子信号，表征仿真的系统当前的状态；后者则会通过模型计算出一个力值，并使用一个闭环控制算法来将这一作用力施加在待测单元上。
– Shea Clymer
Shea Clymer是National Instruments公司结构和物理测试的产品市场部经理，主要负责伺服液压结构测试领域。在之前的研发经历中，他参与开发了PXI Express集成信号调理产品中的SC Express产品家族。
– Chris Washington
