Open-Loop-Simulation am Beispiel der Geschwindigkeits-Nachbearbeitung SenVx

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Autor: David Weigt

Einleitung

Im nachfolgenden Artikel soll anhand eines Modells des CaroloCupFahrzeuges gezeigt werden, wie eine Open-Loop-Simulation in Matlab Simulink funktioniert.
Dazu wird in den nächsten Abschnitten das Funktionsprinzip einer Open-Loop erklärt und nach einer Beschreibung des SenVx Modells, dieses in einer Open-Loop Simuliert. Zuvor ist allerdings zu klären, welchen Nutzen man aus einer solchen Simulation zieht.

In einem Entwicklungsprozess einer Software kommt es nach einer erfolgreichen Umsetzung der Problemlösung zu dem Punkt, dass die Software getestet werden muss oder einer Optimierung bedarf.
Um diesen Prozess nicht in ständigen Echtzeiterprobungen durchführen zu müssen, was einen erheblichen Zeitaufwand und hohe Kosten mit sich bringen würde, versucht man diesen zu Simulieren. Dazu wird entweder die Erprobungsumgebung Simuliert oder die gemessenen
Parameter einer Echtzeiterprobung für weitere Simulationen genutzt.

Aufbau Open-Loop

Damit der Aufbau einer Open-Loop-Simulation verstanden werden kann, ist die vorherige Eingangssituation der Software zu betrachten.
Ein Einsatz eines solchen Systems(Software) ist in Abb 1 zu sehen. Die Abbildung zeigt in diesem Fall ein System welches über Eingangswerte, bestimmte Ausgangswerte bestimmt.
Diese Eingangswerte können dabei unterschiedlicher Herkunft sein. So kann z.B. das System nur ein Teilsystem sein und von vorgeschalteten Teilsystemen Werte empfangen und auswerten.
Außerdem können die Eingangswerte von verwendeten Sensoren stammen, die eine bestimmte physikalische Größe messen.
Wichtig ist hierbei nur, dass bei einer Open-Loop-Simulation nur Ausgangswerte betrachtet werden, die sich abhängig der Eingangswerte verändern. Einem anderen Zweck dient dieses Verfahren nicht.

Abb 1: System Grundaufbau

Soll nun eine Open-Loop-Simulation das System prüfen bzw. seinen Einsatz Simulieren, dann wird wie in Abb 2 zwischen zwei Ausgangssituationen unterschieden.
Der erste Weg die Simulation durchzuführen ist es, die Echtzeiterprobung zu Simulieren. Dazu werden die Simulierten Daten dem System übergeben und die Ausgaben mit einem Soll-Wert verglichen.
Dabei ist zu beachten, dass sich dieses Verfahren mehr für die Überprüfung der Funktionalität der Software lohnt. Spätere detaillierte Analysen sollten dann eher über das andere Verfahren getätigt werden.
Der zweite Weg ist es die zuvor gemessenen Daten der Echtzeiterprobung dem System zu übergeben und die gemessenen Ausgaben mit den berechneten Ausgaben zu vergleichen.

Abb 2: System mit Open-Loop-Simulation

Geschwindigkeits-Nachbearbeitung SenVx

Abb 3: SenVx Modell

Als Beispiel für eine Open-Loop-Simulation soll in diesem Artikel das SenVx Modell (Abb 3) dienen, welches ausführlich in einem anderen Artikel beschrieben wird.
In diesem Modell werden über die Eingangswerte Geschwindigkeit und Fahrtrichtung eine gefilterte Geschwindigkeit generiete. Das Modell dient also der Aufbereitung der zuvor gemessenen Geschwindigkeit. Dabei wird zu Begin die Geschwindigkeit und die Beschleunigung begrenzt. Darauf Folgend legt das Fahrtrichtungsbit die Fahrtrichtung fest und ein PT1 Filter filtert die zuvor bearbeitete Geschwindigkeit. Alle anderen Eingänge werden zwar von dem Modell erfasst, fließen aber nicht mit in die Berechnung ein und werden somit nicht vom System verändert.