Hardware-in-the-loop simulation
हार्डवेयर-इन-द-लूप (एच. आई. एल.) सिमुलेशन, एच. डब्ल्यू. आई. एल., या एच. आई. टी. एल., एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग जटिल वास्तविक समय एम्बेडेड प्रणालियों के विकास और परीक्षण में किया जाता है। एच. आई. एल. सिमुलेशन प्रक्रिया-एक्चुएटर प्रणाली, जिसे संयंत्र के रूप में जाना जाता है, की जटिलता को परीक्षण मंच में जोड़कर एक प्रभावी परीक्षण मंच प्रदान करता है। नियंत्रण में संयंत्र की जटिलता को सभी संबंधित गतिशील प्रणालियों के गणितीय प्रतिनिधित्व को जोड़कर परीक्षण और विकास में शामिल किया जाता है। इन गणितीय अभ्यावेदनों को "पादप अनुकरण" के रूप में संदर्भित किया जाता है। परीक्षण की जाने वाली अंतःस्थापित प्रणाली इस पादप अनुकरण के साथ परस्पर क्रिया करती है। एच. आई. एल. कैसे काम करता है एच. आई. एल. सिमुलेशन में सेंसर और एक्चुएटर का विद्युत अनुकरण शामिल होना चाहिए। ये विद्युत अनुकरण संयंत्र अनुकरण और परीक्षण के तहत अंतर्निहित प्रणाली के बीच इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं। प्रत्येक विद्युत अनुकरण संवेदक का मूल्य संयंत्र अनुकरण द्वारा नियंत्रित किया जाता है और परीक्षण (प्रतिक्रिया) के तहत अंतर्निहित प्रणाली द्वारा पढ़ा जाता है। इसी तरह, परीक्षण के तहत अंतर्निहित प्रणाली एक्चुएटर नियंत्रण संकेतों को आउटपुट करके अपने नियंत्रण एल्गोरिदम को लागू करती है। नियंत्रण संकेतों में परिवर्तन के परिणामस्वरूप पादप अनुकरण में परिवर्तनशील मूल्यों में परिवर्तन होता है। उदाहरण के लिए, मोटर वाहन एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम के विकास के लिए एक एच. आई. एल. सिमुलेशन प्लेटफॉर्म में संयंत्र सिमुलेशन में निम्नलिखित उप प्रणालियों में से प्रत्येक के लिए गणितीय प्रतिनिधित्व हो सकते हैंः वाहन गतिशीलता, जैसे कि निलंबन, पहिये, टायर, रोल, पिच और यॉ; ब्रेक सिस्टम के हाइड्रोलिक घटकों की गतिशीलता; सड़क विशेषताएँ। उपयोग कई मामलों में, एक अंतर्निहित प्रणाली विकसित करने का सबसे प्रभावी तरीका अंतर्निहित प्रणाली को वास्तविक संयंत्र से जोड़ना है। अन्य मामलों में, एच. आई. एल. अनुकरण अधिक कुशल है। विकास और परीक्षण दक्षता का मीट्रिक आम तौर पर एक सूत्र है जिसमें निम्नलिखित कारक शामिल हैंः लागत 2. अवधि 3. 4. सुरक्षा। व्यवहार्यता दृष्टिकोण की लागत सभी उपकरणों और प्रयासों की लागत का एक पैमाना होना चाहिए। विकास और परीक्षण की अवधि एक नियोजित उत्पाद के लिए समय-से-बाजार को प्रभावित करती है। सुरक्षा कारक और विकास अवधि को आम तौर पर एक लागत उपाय के बराबर माना जाता है। एच. आई. एल. सिमुलेशन के उपयोग के लिए आवश्यक विशिष्ट स्थितियों में निम्नलिखित शामिल हैंः परीक्षण की गुणवत्ता में वृद्धि सख्त विकास कार्यक्रम उच्च-बोझ-दर संयंत्र प्रारंभिक प्रक्रिया मानव कारक विकास परीक्षण की गुणवत्ता में वृद्धि एच. आई. एल. का उपयोग परीक्षण के दायरे को बढ़ाकर परीक्षण की गुणवत्ता में वृद्धि करता है। आदर्श रूप से, एक अंतर्निहित प्रणाली का वास्तविक संयंत्र के खिलाफ परीक्षण किया जाएगा, लेकिन अधिकांश समय वास्तविक संयंत्र स्वयं परीक्षण के दायरे के संदर्भ में सीमाएं लगाता है। उदाहरण के लिए, एक वास्तविक संयंत्र के रूप में एक इंजन नियंत्रण इकाई का परीक्षण परीक्षण इंजीनियर के लिए निम्नलिखित खतरनाक स्थितियां पैदा कर सकता हैः कुछ ईसीयू मापदंडों की सीमा पर या उससे परे परीक्षण (जैसे। इंजन पैरामीटर आदि) विफलता स्थितियों में प्रणाली का परीक्षण और सत्यापन उपर्युक्त परीक्षण परिदृश्यों में, एच. आई. एल. कुशल नियंत्रण और सुरक्षित वातावरण प्रदान करता है जहां परीक्षण या अनुप्रयोग अभियंता नियंत्रक की कार्यक्षमता पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। सख्त विकास कार्यक्रम अधिकांश नए मोटर वाहन, एयरोस्पेस और रक्षा कार्यक्रमों से जुड़े सख्त विकास कार्यक्रम अंतर्निहित प्रणाली परीक्षण को एक प्रोटोटाइप उपलब्ध होने की प्रतीक्षा करने की अनुमति नहीं देते हैं। वास्तव में, अधिकांश नए विकास कार्यक्रम मानते हैं कि एच. आई. एल. अनुकरण का उपयोग संयंत्र के विकास के समानांतर किया जाएगा। उदाहरण के लिए, जब तक नियंत्रण प्रणाली परीक्षण के लिए एक नया ऑटोमोबाइल इंजन प्रोटोटाइप उपलब्ध कराया जाता है, तब तक 95 प्रतिशत इंजन नियंत्रक परीक्षण एच. आई. एल. सिमुलेशन का उपयोग करके पूरा हो चुका होगा। एयरोस्पेस और रक्षा उद्योगों के एक सख्त विकास अनुसूची लागू करने की और भी अधिक संभावना है। विमान और भूमि वाहन विकास कार्यक्रम समानांतर रूप से डिजाइन, परीक्षण और एकीकरण करने के लिए डेस्कटॉप और एच. आई. एल. अनुकरण का उपयोग कर रहे हैं। उच्च-बोझ दर वाला संयंत्र कई मामलों में, यह संयंत्र उच्च निष्ठा, वास्तविक समय वाले सिम्युलेटर की तुलना में अधिक महंगा है और इसलिए इसकी बोझ दर अधिक है। इसलिए, वास्तविक संयंत्र की तुलना में एच. आई. एल. सिम्युलेटर से जुड़े रहने के दौरान इसे विकसित करना और परीक्षण करना अधिक किफायती है। जेट इंजन निर्माताओं के लिए, एच. आई. एल. अनुकरण इंजन विकास का एक मौलिक हिस्सा है। विमान जेट इंजनों के लिए पूर्ण प्राधिकरण डिजिटल इंजन नियंत्रकों (एफ. ए. डी. ई. सी.) का विकास उच्च बोझ-दर वाले संयंत्र का एक चरम उदाहरण है। प्रत्येक जेट इंजन की लागत लाखों डॉलर हो सकती है। इसके विपरीत, एक जेट इंजन निर्माता की इंजनों की पूरी श्रृंखला का परीक्षण करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक एच. आई. एल. सिम्युलेटर एक इंजन की लागत का केवल दसवां हिस्सा मांग सकता है। प्रारंभिक प्रक्रिया मानव कारकों का विकास एच. आई. एल. अनुकरण मानव कारकों को विकसित करने की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम है, जो सॉफ्टवेयर एर्गोनॉमिक्स, मानव-कारक अनुसंधान और डिजाइन का उपयोग करके उपयोगिता और प्रणाली की स्थिरता सुनिश्चित करने की एक विधि है। वास्तविक समय प्रौद्योगिकी के लिए, मानव-कारक विकास उन घटकों के लिए मैन-इन-द-लूप परीक्षण से उपयोगिता डेटा एकत्र करने का कार्य है जिनमें मानव इंटरफेस होगा। उपयोगिता परीक्षण का एक उदाहरण फ्लाई-बाय-वायर उड़ान नियंत्रण का विकास है। फ्लाई-बाय-वायर उड़ान नियंत्रण उड़ान नियंत्रण और विमान नियंत्रण सतहों के बीच यांत्रिक संबंधों को समाप्त कर देते हैं। संवेदक मांग की गई उड़ान प्रतिक्रिया को संप्रेषित करते हैं और फिर मोटरों का उपयोग करके फ्लाई-बाय-वायर नियंत्रणों के लिए यथार्थवादी बल प्रतिक्रिया लागू करते हैं। फ्लाई-बाय-वायर उड़ान नियंत्रण के व्यवहार को नियंत्रण एल्गोरिदम द्वारा परिभाषित किया जाता है। एल्गोरिथ्म मापदंडों में परिवर्तन किसी दिए गए उड़ान नियंत्रण इनपुट से कम या ज्यादा उड़ान प्रतिक्रिया में परिवर्तित हो सकते हैं। इसी तरह, एल्गोरिथ्म मापदंडों में परिवर्तन भी किसी दिए गए उड़ान नियंत्रण इनपुट के लिए कम या ज्यादा बल प्रतिक्रिया में परिवर्तित हो सकते हैं। "सही" पैरामीटर मान एक व्यक्तिपरक माप हैं। इसलिए, इष्टतम पैरामीटर मान प्राप्त करने के लिए कई मैन-इन-द-लूप परीक्षणों से इनपुट प्राप्त करना महत्वपूर्ण है। फ्लाई-बाय-वायर उड़ान नियंत्रण विकास के मामले में, एच. आई. एल. अनुकरण का उपयोग मानव कारकों का अनुकरण करने के लिए किया जाता है। उड़ान सिम्युलेटर में वायुगतिकी, इंजन थ्रस्ट, पर्यावरणीय स्थितियाँ, उड़ान नियंत्रण गतिशीलता और बहुत कुछ के संयंत्र अनुकरण शामिल हैं। प्रोटोटाइप फ्लाई-बाय-वायर उड़ान नियंत्रण सिम्युलेटर से जुड़े होते हैं और परीक्षण पायलट विभिन्न एल्गोरिदम मापदंडों को देखते हुए उड़ान प्रदर्शन का मूल्यांकन करते हैं। मानव कारकों और उपयोगिता विकास के लिए एच. आई. एल. अनुकरण का विकल्प प्रारंभिक विमान प्रोटोटाइप में प्रोटोटाइप उड़ान नियंत्रण रखना और उड़ान परीक्षण के दौरान उपयोगिता के लिए परीक्षण करना है। ऊपर सूचीबद्ध चार स्थितियों को मापते समय यह दृष्टिकोण विफल हो जाता है। लागतः एक उड़ान परीक्षण बेहद महंगा है और इसलिए लक्ष्य उड़ान परीक्षण के साथ होने वाले किसी भी विकास को कम करना है। अवधिः उड़ान परीक्षण के साथ उड़ान नियंत्रण विकसित करने से विमान विकास कार्यक्रम की अवधि बढ़ जाएगी। एच. आई. एल. अनुकरण का उपयोग करके, उड़ान नियंत्रण को वास्तविक विमान उपलब्ध होने से पहले अच्छी तरह से विकसित किया जा सकता है। सुरक्षाः उड़ान नियंत्रण जैसे महत्वपूर्ण घटकों के विकास के लिए उड़ान परीक्षण का उपयोग करना एक प्रमुख सुरक्षा निहितार्थ है। यदि प्रोटोटाइप उड़ान नियंत्रण के डिजाइन में त्रुटियां मौजूद हैं, तो परिणाम क्रैश लैंडिंग हो सकता है। व्यवहार्यताः कुछ महत्वपूर्ण समय का पता लगाना संभव नहीं हो सकता है (जैसे। एक संयंत्र का संचालन करने वाले वास्तविक उपयोगकर्ताओं के साथ मिलीसेकंड सटीकता के साथ उपयोगकर्ता कार्यों के अनुक्रम। इसी तरह पैरामीटर स्पेस में समस्याग्रस्त बिंदुओं के लिए जो एक वास्तविक संयंत्र के साथ आसानी से पहुँचने योग्य नहीं हो सकते हैं, लेकिन विचाराधीन हार्डवेयर के खिलाफ परीक्षण किया जाना चाहिए। विभिन्न विषयों में उपयोग मोटर वाहन प्रणालियों मोटर वाहन अनुप्रयोगों के संदर्भ में "हार्डवेयर-इन-द-लूप सिमुलेशन सिस्टम सिस्टम सत्यापन और सत्यापन के लिए इस तरह का एक आभासी वाहन प्रदान करते हैं।" चूँकि इंजन प्रबंधन प्रणालियों के प्रदर्शन और नैदानिक कार्यात्मकताओं का मूल्यांकन करने के लिए इन-व्हीकल ड्राइविंग परीक्षण अक्सर समय लेने वाले, महंगे और पुनरुत्पादक नहीं होते हैं, एच. आई. एल. सिमुलेटर डेवलपर्स को गुणवत्ता आवश्यकताओं और समय-से-बाजार प्रतिबंधों का सम्मान करते हुए नए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर ऑटोमोटिव समाधानों को मान्य करने की अनुमति देते हैं। एक विशिष्ट एच. आई. एल. सिम्युलेटर में, एक समर्पित वास्तविक समय प्रोसेसर गणितीय मॉडल को निष्पादित करता है जो इंजन गतिशीलता का अनुकरण करता है। इसके अलावा, एक आई/ओ इकाई वाहन संवेदक और एक्चुएटर (जो आमतौर पर उच्च स्तर की गैर-रैखिकता प्रस्तुत करते हैं) के कनेक्शन की अनुमति देती है। अंत में, परीक्षण के तहत इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाई (ईसीयू) प्रणाली से जुड़ी होती है और सिम्युलेटर द्वारा निष्पादित वाहन युद्धाभ्यास के एक सेट द्वारा उत्तेजित होती है। इस बिंदु पर, एच. आई. एल. अनुकरण परीक्षण चरण के दौरान उच्च स्तर की दोहराव क्षमता भी प्रदान करता है। साहित्य में, कई एच. आई. एल. विशिष्ट अनुप्रयोगों की सूचना दी गई है और कुछ विशिष्ट उद्देश्य के अनुसार सरलीकृत एच. आई. एल. सिमुलेटर बनाए गए थे। उदाहरण के लिए एक नए ईसीयू सॉफ्टवेयर रिलीज का परीक्षण करते समय, प्रयोगों को खुले लूप में किया जा सकता है और इसलिए कई इंजन गतिशील मॉडल की अब आवश्यकता नहीं है। रणनीति नियंत्रित निवेश द्वारा उत्तेजित होने पर ईसीयू आउटपुट के विश्लेषण तक सीमित है। इस मामले में, एक सूक्ष्म एच. आई. एल. प्रणाली (एम. एच. आई. एल.) एक सरल और अधिक आर्थिक समाधान प्रदान करती है। चूंकि मॉडल प्रसंस्करण की जटिलता को समाप्त कर दिया जाता है, इसलिए एक पूर्ण आकार की एच. आई. एल. प्रणाली को एक पोर्टेबल उपकरण में बदल दिया जाता है जो एक संकेत जनित्र, एक आई/ओ बोर्ड और ईसीयू से जुड़े एक्चुएटर्स (बाहरी भार) वाले एक कंसोल से बना होता है। रडार प्रणालियों के लिए रडार एच. आई. एल. अनुकरण रडार-जामिंग से विकसित हुआ है। डिजिटल रेडियो फ्रीक्वेंसी मेमोरी (डी. आर. एफ. एम.) प्रणालियों का उपयोग आम तौर पर युद्ध के मैदान में रडार को भ्रमित करने के लिए झूठे लक्ष्य बनाने के लिए किया जाता है, लेकिन ये वही प्रणालियाँ प्रयोगशाला में एक लक्ष्य का अनुकरण कर सकती हैं। यह विन्यास रडार प्रणाली के परीक्षण और मूल्यांकन के लिए अनुमति देता है, उड़ान परीक्षणों (हवाई रडार प्रणालियों के लिए) और क्षेत्र परीक्षणों (खोज या ट्रैकिंग रडार के लिए) की आवश्यकता को कम करता है, और इलेक्ट्रॉनिक युद्ध (ईडब्ल्यू) तकनीकों के लिए रडार की संवेदनशीलता के लिए एक प्रारंभिक संकेत दे सकता है। एच. आई. एल. अनुकरण के लिए रोबोटिक्स तकनीकों को हाल ही में रोबोटों के लिए जटिल नियंत्रकों की स्वचालित पीढ़ी पर लागू किया गया है। एक रोबोट सनसनी और सक्रियण डेटा निकालने के लिए अपने स्वयं के वास्तविक हार्डवेयर का उपयोग करता है, फिर इस डेटा का उपयोग एक भौतिक अनुकरण (स्व-मॉडल) का अनुमान लगाने के लिए करता है जिसमें इसकी अपनी आकृति विज्ञान के साथ-साथ पर्यावरण की विशेषताएँ भी होती हैं। इस संदर्भ में बैक-टू-रियलिटी (बीटीआर) और एस्टिमेशन एक्सप्लोरेशन (ईईए) जैसे एल्गोरिदम प्रस्तावित किए गए हैं। विद्युत प्रणालियाँ हाल के वर्षों में, विद्युत प्रणालियों के लिए एच. आई. एल. का उपयोग बड़े पैमाने पर विद्युत ग्रिड की स्थिरता, संचालन और दोष सहिष्णुता को सत्यापित करने के लिए किया गया है। वर्तमान पीढ़ी के वास्तविक समय प्रसंस्करण प्लेटफार्मों में वास्तविक समय में बड़े पैमाने पर बिजली प्रणालियों को मॉडल करने की क्षमता है। इसमें 10,000 से अधिक बसों के साथ संबंधित जनरेटर, लोड, पावर-फैक्टर करेक्शन डिवाइस और नेटवर्क इंटरकनेक्शन शामिल हैं। इस प्रकार के अनुकरण मंच एक यथार्थवादी अनुकरण वातावरण में बड़े पैमाने पर बिजली प्रणालियों के मूल्यांकन और परीक्षण को सक्षम बनाते हैं। इसके अलावा, बिजली प्रणालियों के लिए एच. आई. एल. का उपयोग वितरित संसाधनों, अगली पीढ़ी के एस. सी. ए. डी. ए. प्रणालियों और बिजली प्रबंधन इकाइयों और स्थिर समकालिक क्षतिपूर्ति उपकरणों के एकीकरण की जांच के लिए किया गया है। अपतटीय प्रणालियाँ अपतटीय और समुद्री इंजीनियरिंग में, नियंत्रण प्रणालियाँ और यांत्रिक संरचनाएँ आम तौर पर समानांतर रूप से डिज़ाइन की जाती हैं। नियंत्रण प्रणालियों का परीक्षण एकीकरण के बाद ही संभव है। नतीजतन, कई त्रुटियां पाई जाती हैं जिन्हें व्यक्तिगत चोटों, हानिकारक उपकरणों और देरी के जोखिमों के साथ कमीशन के दौरान हल करना पड़ता है। इन त्रुटियों को कम करने के लिए, एच. आई. एल. अनुकरण व्यापक ध्यान आकर्षित कर रहा है। यह डेट नोर्स्के वेरिटास नियमों में एच. आई. एल. अनुकरण को अपनाने से परिलक्षित होता है। संदर्भ बाहरी लिंक लूप सिमुलेशन में हार्डवेयर का परिचय। अंतःस्थापित प्रणालियाँ