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HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션 기본 사항

HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션은 실시간 시뮬레이션의 일종입니다. HIL 시뮬레이션을 사용하여 제어기 설계를 테스트할 수 있습니다. HIL 시뮬레이션은 제어기가 실제 가상 자극에 어떻게 반응하는지 실시간으로 보여줍니다. 또한 HIL을 사용하여 물리 시스템(플랜트) 모델의 유효 여부도 확인할 수 있습니다.

HIL 시뮬레이션에서는 실시간 컴퓨터를 사용하여 플랜트 모델을 가상으로 표현하고 실제 버전의 제어기를 나타냅니다. 다음 그림은 일반적인 HIL 시뮬레이션 설정을 보여줍니다. 데스크탑 컴퓨터(개발 하드웨어)에 실시간 기능이 있는 제어기와 플랜트의 모델이 포함되어 있습니다. 개발 하드웨어에는 플랜트에 대한 가상 입력을 제어하는 인터페이스도 포함되어 있습니다. 제어기 하드웨어에는 제어기 모델에서 생성된 제어기 소프트웨어가 들어 있습니다. 실시간 프로세서(타깃 하드웨어)에는 플랜트 모델에서 생성된 물리 시스템용 코드가 들어 있습니다.

HIL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 사용하는 경우

모델 기반 설계(MBD)를 수행할 때 HIL 시뮬레이션을 사용하여 제어기 설계를 테스트합니다. 다음 그림은 HIL 시뮬레이션이 MBD 설계-실현 워크플로 중 어디에 적합한지 보여줍니다.

유효성 검사는 실제 플랜트 하드웨어를 사용하여 실제 상황 또는 환경 프록시(예: 압력 챔버)에서 제어기를 테스트하는 작업을 포함합니다. HIL 시뮬레이션에서는 물리 시스템(플랜트)에 실제 하드웨어를 사용할 필요가 없습니다. 또한 자연적 또는 환경적 테스트 설정에 의존할 필요도 없습니다. HIL 시뮬레이션에서는 모델을 사용하여 플랜트를 나타낼 수 있으므로 비용과 실용성 측면에서 이점을 제공합니다.

HIL 시뮬레이션이 유효성 검사 테스트보다 비용을 절감하는 영역이 몇 가지 있습니다. HIL 시뮬레이션은 설계 변경 시 비용이 덜 드는 경향이 있습니다. MBD 워크플로에서 유효성 검사보다 앞서 HIL 시뮬레이션을 수행할 수 있으므로 비교적 프로젝트 초기에 문제를 식별하고 재설계할 수 있습니다. 문제를 조기에 발견하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

  • 팀이 변경 사항을 승인할 가능성이 큽니다.

  • 설계 변경은 설계 구현보다 비용이 적게 듭니다.

스케줄링 측면에서도 HIL 시뮬레이션은 자체적으로 실행되도록 설정할 수 있어 유효성 검사보다 비용이 적게 들고 실용적입니다.

HIL 시뮬레이션은 비정상적인 이벤트에 대한 제어기의 응답을 테스트하는 데 있어 유효성 검사보다 더 실용적입니다. 예를 들어 지진이나 눈보라와 같은 극단적인 기상 조건을 모델링할 수 있습니다. 또한 심해나 심우주와 같은 접근 불가능한 환경에서 발생하는 자극에 제어기가 어떻게 반응하는지도 테스트할 수 있습니다.

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