更新时间：2024-09-09 20:59
在控制系统的研发过程中，通常先进行仿真研究，目的在于研究技术的可行性，缩短产品的研发周期，降低研发费用。仿真工具(如MATLAB、SABER等)自应用以来，对控制系统的研发提供了极大的帮助。 然而，在传统的研发流程中，大部分是采用纯数学仿真，这种仿真结果的置信度有限。近年来，有部分实物参与的具有较高置信度的半实物仿真系统得到了广泛的应用与发展。如果将实际控制器的仿真称为虚拟控制器，实际对象的仿真称为虚拟对象，可得到控制系统仿真的3种形式：
①虚拟控制器+虚拟对象=动态仿真系统，是纯粹的系统仿真；
快速控制原型仿真处于控制系统开发的第二阶段，远在产品开发之前，使设计者新的控制思路(方法)能在实时硬件上方便而快捷地进行测试。通过实时测试，可以在设计初期发现存在的问题，以便修改原型或参数，再进行实时测试，这样反复进行，最终产生一个完全面向用户需求的合理可行的控制原型。
快速控制原型技术源自制造业的快速原型（Rapid Prototyping，简称RP）技术。RP技术的主要思想是尽可能地在虚拟环境中进行产品设计，达到缩短产品开发周期、降低开发费用的目的。RP技术的应用明显缩短了新产品的上市时间，节约了新产品开发和模具制造的费用。欧美等发达国家已将该技术广泛应用于航空航天、汽车、医疗、家电、军事装备等领域。我国RP技术的研究工作起步于20世纪90年代初，初期以技术引进为主，后期在高额成本压力下积极开展自主创新研究，并取得了较大的进展。国内的家电行业在RP技术的应用上，走在了国内前列，例如美的、春兰、海尔等，都先后采用RP系统来开发新产品，收到了良好的效果。将RP技术引进电子控制系统的设计和控制算法的实时测试后，改称快速控制原型(RCP)技术。在系统开发的初期阶段，快速地建立控制器模型，并对整个系统进行多次离线和在线的测试来验证控制方案的可行性，这个过程称为快速控制原型口。过去l0多年，RCP和硬件在环(Hardware In Loop，简称HIL)仿真系统为电子控制系统的设计提供了开发速度上的优势，加速了设计开发过程，已经被汽车和航空航天领域中的公司所采用，减少了昂贵的、破坏性的试飞试驾需要。
早期的RCP系统，绝大多数以DSP和PowerPC等微处理器为核心构建，是某些公司根据自己的应用领域需要开发的专用系统，技术先进但价格昂贵，这种RCP系统应用最广的当属德国的dSPACE公司，在汽车行业得到了大量应用。后来，一些公司如R T—L A B、MathWorks、NI等公司推出了基于PC的RCP系统（目前国内也有公司开发出了类似的系统，比如北京九州华海科技的RapidECU、郑州微纳科技的cSPACE），相对于昂贵的专用系统而言提供了一种廉价的选择。
①大大缩短开发周期；
②在开发早期减少/消除可能的错误及缺陷，从而达到节省开支，降低物耗的目的；
③提高新产品对需求的适应性；
④性价比高、扩展性好、维护方便和成本低提高新产品对需求的适应性。
dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。
dSPACE实时系统充当控制算法和逻辑代码的硬件运行环境，通过I/O板与控制对象连接进行研究和实验，验证控制方案的可行性，大大简化了开发过程，提高了开发效率。
PC主机装有Windows操作系统、MATLAB/Simulink，RTW、dSPACE的ControlDesk及RTI；利用MATLAB/Simulink建立电机的快速控制原型，完成控制算法的设计；RTI与RTW协作自动将快速控制原型转化为可执行的c代码，经过编译并下载到dSPACE实时处理器DS1005中运行；利用dSPACE的ControlDesk软件，实现对实时硬件的图形化管理、用户虚拟仪表的轻松建立、变量的可视化管理、参数的可视化管理以及实验过程自动化。dSPACE硬件系统中处理器板DS1005负责控制算法的实时计算，通过内部的PHS总线和I/O板DS2201连接，I/O板DS2201接受来自实物电机的电压电流信号，并发出PWM脉冲信号去控制逆变器。dSPACE实时系统拥有实时性强、可靠性高等优点，但这种专用系统必须采用其专用板卡，价格昂贵且维护性差。
RapidECU是由北京九州华海科技有限公司快速原型控制器硬件中，并连接实际被控对象，进行控制算法的硬件在环仿真验证和实物验证，并在开发阶段早期实现标定。
RapidECU硬件核心采用Freescale MPC55xx、MPC56xx、S12x/S12等系列微处理器，硬件设计符合汽车级标准。可以在没有控制器硬件的情况下，提前进行控制算法的开发与验证，尤其适合于新产品、新型号的开发研究，快速原型的试验结果还可以为硬件设计提供参考。因此，控制器快速原型在进行软件快速验证的同时，也降低了硬件返工几率，从而缩短开发周期，降低开发成本，提高控制器设计质量。
PROtroniC快速控制原型系统是德国AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH专为汽车电子行业设计的，用于电控系统的基于模型的控制算法和软件开发。
使用PROtroniC在MATLAB/Simulink无缝开发环境中进行产品控制任务的独立开发，并且可以将开发结果直接转化到产品中。PROtroniC支持自动代码生成工具Real Time Workshop Embedded Coder和Targetlink，用户可根据自身需求自由选择自动代码生成工具，并将代码下载到PROtroniC硬件中，快速高效地测试ECU产品的新功能。PROtroniC是德国内燃机学会FVV推荐的标准参考研发工具，在欧美汽车动力总成电控系统研发领域获得了广泛的应用。
由于PROtroniC集成了信号调理和功率放大模块，并且采用先进的FPGA技术实现I/O资源的灵活配置，可以实现PROtroniC作为快速控制原型系统的即插即用，而不用费力去搭建外围电路及连接复杂的线束。特别针对发动机电控开发，AFT公司还为客户提供先设计好的汽油机和柴油机功能模型, 客户可以直接在控制算法中使用这些模型，从而专注核心控制逻辑的开发。
PROtroniC结构紧凑、外壳坚固，采用汽车级的接插件和外接线束，并经过严格的防水测试（IP64K），因此可以直接置于发动机舱、试验室或台架上使用。PROtroniC支持ASAM标准协议，用户可选择AFT公司的测量标定工具MARC以及其他国际主流的标定工具CANape、INCA等在线实时的调整和测量参数。
PROtroniC可用于各种不同的汽车ECU开发应用，提供PROtroniC USG用于通用型控制器原型平台，并且提供ROtroniC MR专用于柴油机和汽油机的控制器原型平台。
PROtroniC是专门针对汽车ECU开发设计的，不是通用型的快速控制原型系统，而是集成化专业工具，价格较高。
cSPACE快速控制原型和硬件在环开发系统是郑州微纳科技公司研发的，是基于MS320F2812DSP开发的，与dSPACE公司的DS1104卡相当。拥有AD、DA、IO、Encoder和快速控制原型开发、硬件在环仿真功能。通过Matlab/Simulink设计好控制算法，将输入、输出接口替换为公司的cSPACE模块，编译整个模块就能自动生成DSP代码，在控制卡上运行后就能生成相应的控制信号，从而方便地实现对被控对象的控制。运行过程中通过cSPACE提供的MATLAB接口模块，可实时修改控制参数，并以图形方式实时显示控制结果；而且DSP采集的数据可以保存到磁盘，研究人员可利用MATLAB对这些数据进行离线处理。
相对国外的硬件在回路控制系统，价格上具有明显的竞争优势，具有较高的性价比。