Описание комплекса

УНУ «Цифрового комплекс реального времени» состоит из двух целевых машин реального времени – ЦМРВ (Real-Time Target Machine) Speedgoat Performance: «Регулятор» и «Модель объекта», обе машины работают под управлением операционной системы реального времени SimulinkRT. ЦМРВ «Регулятор» содержит внутреннюю модель объекта управления для предварительного моделирования систем управления, кроме того, её наличие позволяет осуществлять быструю перестройку алгоритма управления.

Обратная связь между машинами «Регулятор» и «Модель объекта» реализована посредством соединения жгутами проводов соответствующих клеммных соединителей АЦП (аналого-цифрового преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) модулей входа-выхода. 


В ЦМРВ «Регулятор» установлены модули входа-выхода:

  • IO106-64 – 64 аналоговых входа в режиме с общей землей или 63 аналоговых входа в псевдодифференциальном режиме или 32 аналоговых входа в дифференциальном режиме; 
  • IO144 – 16 аналоговых выхода в режиме с общей землей и 20 цифровых входо-выходных канала (TTL I/O). 

В ЦМРВ «Модель объекта» установлены модули входа-выхода: 

  • IO110 – 32 аналоговых выхода в режиме с общей землей; 
  • IO131 – 16 аналоговых входов и 8 аналоговых выходов в режиме с общей землей. 

Дополнительно обе ЦМРВ содержат:

  • Последовательный порт (COM-порт) с разъемом D-sub DE-9, протоколы RS232/422/485, скорость передачи данных до 115 кбит/с
  • Gigabit Ethernet порт, контроллер Intel I210, протоколы: real-time UDP, EtherCAT Master, XCP Master/Slave, TCP/IP, и PTP 1588

Все модули имеют разрешение 16 бит, напряжение на входе-выходе аналоговых модулей может быть выбрано в диапазонах: ±5В, ±10В, ±12В, 0-5В, 0-10В, 0-12В.

На данный момент на стенде реального времени можно моделировать системы управления с использованием аналоговых каналов в следующей конфигурации: 

  • до 16 аналоговых выходов и до 40 аналоговых входов у ЦМРВ «Регулятор»;
  • до 40 аналоговых выходов и до 16 аналоговых входов у ЦМРВ «Модель объекта».

Быстродействие в системах реального времени определяется временем, необходимым для расчета задания (TET – task execution time), оно складывается из двух компонентов: времени, которое затрачивается на расчет моделей составляющих токамака и алгоритмов управления, и времени, которое затрачивается на опрос модулей входа-выхода. Для нормальной работы систем реального времени необходимо, чтобы TET был не больше, чем величина временного шага (fundamental sample time) в численном решателе разностных уравнений.

Для существующих систем управления плазмой, моделирующийся на цифровом комплексе реального времени в текущей конфигурации c использованием 34 и 8 каналов на паре модулей входа-выхода комфортная величина временного шага составляет 100 мкс, может быть уменьшена до 30 мкс, если использовать IO модули в режиме с прямым доступом к памяти (Direct Memory Access, DMA)

К каждой машине реального времени подключен монитор для отображения сигналов реального времени со встроенного осциллографа.

Основное оборудование цифрового комплекса реального времени смонтировано в стандартную 19" серверную стойку.

Имеется возможность расширения количества каналов входа-выхода путем установки дополнительных модулей входа-выхода, до шести в каждой машине реального времени.


Для подготовки Симулинк схем, генерации C-кода, компиляции его для запуска в операционной системе реального времени Simulink RT в комплекс входит хост-компьютер в составе:

  • ноутбук Lenovo ThinkPad T15 Gen1;
  • eGPU бокс c GPU GIGABYTE GeForce GTX 1650;
  • четыре монитора.

Для работы используется следующее ПО:

  • MATLAB/Simulink – базовая среда разработки и моделирования;
  • Control System Toolbox и Simulink Control Design – программные пакеты для работы с системами управления динамических объектов.
  • Simulink Real-Time – пакет для взаимодействия с машинами реального времени под управлением операционной системы SimulinkRT;
  • Embedded Coder, MATLAB Coder и Simulink Coder – пакеты для генерации С-кода.

Кроме того, в составе комплекса имеется 4-х канальный осциллограф со встроенным генератором сигналов АКИП-72408B.