實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)的演變進(jìn)程

實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)涉及到使用實(shí)時(shí)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試應(yīng)用，它主要用于在測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和/或確定性。因此，它們?cè)诂F(xiàn)今的許多產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)中都發(fā)揮著重要的作用。

實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用案例包括持續(xù)時(shí)間、生命周期測(cè)試系統(tǒng)以及可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或允許操作人員離開很長(zhǎng)時(shí)間的其他測(cè)試系統(tǒng)，因此就需要由實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)提供極高的可靠性。其中還包括環(huán)境測(cè)試單元、測(cè)功機(jī)、硬件在環(huán)（HIL）仿真器以及使用閉環(huán)控制運(yùn)行的類似測(cè)試系統(tǒng)，后者需要實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)的低時(shí)間抖動(dòng)確定性。通過分析幾種實(shí)時(shí)測(cè)試（RTT）應(yīng)用，我們可以看到它們是如何發(fā)展，以滿足當(dāng)前測(cè)試工程師所面臨的難題的。

實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)
一種常見的實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)是使用閉環(huán)控制來(lái)自動(dòng)操作測(cè)試系統(tǒng)中的某個(gè)物理變量，例如，溫度、位置、轉(zhuǎn)矩或加速度。

例如，在實(shí)現(xiàn)某種環(huán)境測(cè)試系統(tǒng)（如壓力室）時(shí)，測(cè)試室除了對(duì)被測(cè)單元（UUT）提供激勵(lì)信號(hào)并監(jiān)測(cè)其響應(yīng)之外，還必須達(dá)到指定的狀態(tài)。因?yàn)槭覊菏艿皆S多變量的影響，例如室泄漏或UUT特性的變化，所以測(cè)試工程師使用一種閉環(huán)控制算法來(lái)監(jiān)測(cè)壓力傳感器的值并自動(dòng)調(diào)整壓縮機(jī)和安全閥命令信號(hào)，以跟蹤由測(cè)試方案指定的壓力特性曲線。要實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)控制，閉環(huán)控制器會(huì)測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)并調(diào)整在確定性時(shí)間間隔處施加給它的命令。

圖1 RTT系統(tǒng)（例如這種壓力室）使用閉環(huán)控制來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試方案所需要的壓力條件

另一個(gè)例子是硬件在環(huán)測(cè)試，它是一種用于更有效地測(cè)試電子控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)試應(yīng)用。電子控制系統(tǒng)包括電子控制單元（ECU）和它所控制的系統(tǒng)或環(huán)境。

圖2 硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試是一種實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)，它通過對(duì)缺失的系統(tǒng)部件進(jìn)行軟件仿真來(lái)測(cè)試電子控制設(shè)備

在測(cè)試電子控制系統(tǒng)時(shí)，安全性、系統(tǒng)可用性或成本等考慮因素，使得我們不可能使用完整的系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行所有想要的測(cè)試。但是，ECU和系統(tǒng)其余部分之間的閉HIL仿真是一種實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)，它使用系統(tǒng)其余部分的軟件模型來(lái)仿真在被測(cè)控制單元和系統(tǒng)其余部分之間的傳感器和傳動(dòng)器交互。這就為ECU創(chuàng)建了一種虛擬環(huán)境，保留了系統(tǒng)內(nèi)部的閉環(huán)耦合。為了精確地仿真?zhèn)鞲衅骱蛡鲃?dòng)器交互，測(cè)試系統(tǒng)必須在一致的或確定性的時(shí)間間隔處確定性地執(zhí)行模型計(jì)算。

RTT系統(tǒng)的演變進(jìn)程
隨著產(chǎn)品和系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，測(cè)試的挑戰(zhàn)性也在增強(qiáng)。為了應(yīng)對(duì)這些難題，實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)正在進(jìn)行融合，由此而產(chǎn)生的測(cè)試系統(tǒng)類似之前在不同實(shí)時(shí)測(cè)試應(yīng)用中出現(xiàn)的多種需求的組合。

從基于模型的測(cè)功機(jī)的出現(xiàn)就可以看出上述趨勢(shì)。通常，測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括一套實(shí)時(shí)測(cè)試應(yīng)用，使用比例-積分-微分（PID）控制算法來(lái)為被測(cè)單元產(chǎn)生變化的負(fù)載和速度條件。測(cè)試系統(tǒng)將對(duì)PID控制器和被測(cè)單元應(yīng)用靜態(tài)的激勵(lì)特性曲線，以執(zhí)行和驗(yàn)證該設(shè)備?；谀Ｐ偷臏y(cè)功機(jī)系統(tǒng)是由傳統(tǒng)測(cè)功機(jī)演變而來(lái)的，它使用模型來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制算法，并為測(cè)試系統(tǒng)生成動(dòng)態(tài)激勵(lì)特性曲線。

Wineman Technologies(www.winemantech.com)的工程師利用美國(guó)國(guó)家儀器有限公司的RTT平臺(tái)，以6輪獨(dú)立底盤測(cè)功機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)了一套這樣的系統(tǒng)。為了充分地測(cè)試他們的車輛，測(cè)功機(jī)需要能夠產(chǎn)生測(cè)試條件，來(lái)仿真在各種不同地形上車輛的操控。

例如，基于模型的測(cè)功機(jī)必須能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的情況：兩個(gè)輪子在雪地中行駛，一個(gè)輪子在泥漿中滑動(dòng)，兩個(gè)輪子在松散的沙礫上滾動(dòng)，而另一個(gè)輪子則離開地面。此外，當(dāng)車輛在進(jìn)行這些操作時(shí)，系統(tǒng)還必須仿真輪子在不同地形之間的轉(zhuǎn)換。

要實(shí)現(xiàn)這樣的測(cè)試系統(tǒng)，工程師必須將他們建造測(cè)功機(jī)和HIL仿真器的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)建一套帶有附加功能的傳統(tǒng)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，而這些附加功能在HIL測(cè)試系統(tǒng)中更為常見。具體而言，他們?cè)黾恿四艽_定性地執(zhí)行復(fù)雜模型的功能，以便能夠生成6個(gè)相關(guān)的速度/轉(zhuǎn)矩特性曲線的動(dòng)態(tài)激勵(lì)并實(shí)現(xiàn)完成上述任務(wù)所需要的高級(jí)控制。

歐洲研究機(jī)構(gòu)Robotiker-Tecnalia（www.robotiker.es）的一項(xiàng)應(yīng)用也體現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)試需求的這種融合。在他們研究和開發(fā)混合電動(dòng)車（HEV）的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，工程師們使用NI實(shí)時(shí)測(cè)試平臺(tái)創(chuàng)建了一套專用的HIL測(cè)試系統(tǒng)。

他們并沒有使用ECU對(duì)車輛的傳感器和傳動(dòng)器交互提供完整的電氣仿真，而是將動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的牽引驅(qū)動(dòng)軟件模型替換為實(shí)際的機(jī)電部件。然后，他們將機(jī)電部件與仿真車輛其余部分的軟件模型連接成環(huán)路，以實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確和靈活的測(cè)試系統(tǒng)（如圖3所示）。

圖3 在HIL仿真中增加了機(jī)械部件，以提供更高效的HEV動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證

因?yàn)樵诜抡嬷性黾恿宋锢聿考运麄冃枰獮闋恳?qū)動(dòng)增加加載機(jī)制，以便仿真能夠掌控它的加載情況。HIL仿真器為加載機(jī)制控制器提供了仿真的負(fù)載值，而控制器則通過機(jī)械耦合向牽引驅(qū)動(dòng)施加物理負(fù)載。

在實(shí)現(xiàn)這種專用的HIL測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，Tecnalia公司的工程師不得不同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)HIL仿真器和一套基于測(cè)功機(jī)的加載系統(tǒng)，并使它們協(xié)同工作來(lái)提供HEV動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電仿真。

消費(fèi)者預(yù)期、監(jiān)管部門和競(jìng)爭(zhēng)壓力都正在以加快的步伐將產(chǎn)品推向新的復(fù)雜度。當(dāng)各公司在這種復(fù)雜度激增和更短的開發(fā)周期、更高的可靠性要求和固定或收縮的預(yù)算之間努力保持平衡的時(shí)候，實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)就在開發(fā)過程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。