研华DAQ+国产SimuRTS替代进口PXI实时仿真HIL实施与案例

在智能制造的时代浪潮中，工业控制系统对实时性、开放性和自主可控的需求愈发迫切，成为行业发展的核心诉求。研华科技凭借其在工业领域的深厚积累与创新能力，将开放架构设计与国产SimuRTS 实时仿真软件深度融合，推出了“软硬一体”的全栈解决方案。

该方案覆盖了半导体、新能源、轨道交通等众多高精尖行业，为其提供从底层硬件到上层仿真的全生命周期支持。系统具备确定性响应和全链路闭环能力，帮助客户减少进口专用仿真系统（dSPACE,NI Veristand等）依赖，突破技术壁垒，加速创新成果的落地转化。

一、方案架构与系统特性

1. 研华开放架构：模块化硬件设计

研华开放架构展现出强大的硬件适配能力，广泛支持研华全系列工控机和 IO 卡等多种类型的硬件兼容。这种广泛的兼容性使得用户能够根据具体的应用场景和需求，灵活选择和搭配硬件，构建出最适合的工业控制系统。

2. SimuRTS 实时仿真：全链路闭环验证

多物理场建模

SimuRTS 实时仿真软件支持 FMI等标准模型编译，能够与 Simulink、MWORKS 、OpenModeLica等业内知名工具完美兼容。这使得它可以实现控制算法与机械、电气系统的联合仿真，为复杂工业系统的设计和优化提供了全面而精确的分析手段。通过多物理场建模，工程师可以在虚拟环境中模拟各种实际工况，提前发现潜在问题并进行优化。

分布式协同

SimuRTS 采用多节点仿真架构，支持参数动态调参和实时监控。在处理复杂系统，如机器人轨迹规划时，能够确保系统在百微妙级的时间内做出确定性响应。这种分布式协同能力使得多个节点之间能够高效协作，共同完成复杂的仿真任务，大大提高了系统的稳定性和可靠性。

数据闭环验证

SimuRTS 具备强大的仿真数据回放与曲线分析功能，能够精准定位设计缺陷。通过对仿真数据的深入分析，工程师可以快速找出系统中存在的问题，并进行针对性的改进。该功能的应用可将开发周期缩短 40%以上，大大提高了开发效率，降低了开发成本。

系统特性

维度	技术亮点	行业价值
实时性	RTOS 任务调度延迟小于 100μs，SimuRTS 仿真步长可达百微妙级别，满足高速运动控制的严苛需求。	在半导体光刻、超精密加工等领域，显著提升加工精度。
开放生态	支持 实时Linux + Windows 双系统应用开发，兼容工业软件框架。	降低对国外技术的依赖，推动国产化替代进程，替代率可提升至 70%。
灵活扩展	硬件形态多样，有无风扇、轨道式工控机等选择，仿真模型可复用，适配边缘计算与云端协同。	有效降低新能源产线改造成本，降幅可达 30%。
智能诊断	集成 AI 故障预测模型，结合 SimuRTS 仿真预演，实现设备健康管理闭环。	大幅减少停机损失，降低运维成本，停机损失减少 50%，运维成本下降 25%。

二、SimuRTS 与 dSPACE,NI Veristand 对比

1. 易用性

• SimuRTS

  拥有简洁直观的用户界面，即使是没有深厚编程背景的工程师也能快速上手。其操作流程设计符合工业工程师的使用习惯，提供了丰富的向导和模板，在进行模型搭建、参数设置和仿真配置时，只需按照提示逐步操作即可。例如，在导入模型时，它支持标准FMI文件格式，并且能够自动识别和解析模型结构，大大减少了用户的操作步骤。

• dSPACE,NI Veristand

  虽然功能强大，但界面相对复杂，对于初学者来说，学习曲线较陡。在进行系统配置和模型开发时，需要花费较多的时间去熟悉各种菜单和工具的使用，而且一些高级功能的操作较为繁琐，需要具备一定的专业知识才能熟练运用。

2. 开发速度

• SimuRTS

  用户通过鼠标拖拽可以直接调用和配置模型进行快速开发。同时，其与研华开放架构的硬件紧密结合，硬件驱动程序的配置和调试过程简单高效，能够实现硬件与软件的快速集成。在实际项目中，使用 SimuRTS 开发一个工业控制系统的原型，相比传统方法可以节省 50%以上的时间。

• dSPACE,NI Veristand

  开发过程相对复杂，需要进行较多的底层配置和代码编写。在与硬件集成时，可能会遇到兼容性问题，需要花费额外的时间进行调试和优化。此外，由于其功能丰富，在开发过程中可能会引入一些不必要的复杂性，导致开发周期延长。

  三、SimuRTS 仿真部署视频

  

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三、应用案例

案例1：新能源汽车电机控制HIL测试

• 背景

  某国产新能源汽车厂商需验证电机控制算法（如FOC算法）的实时性，要求仿真步长≤100μs以匹配实际控制器运行频率。

• 方案
  • 硬件

    研华工控机+PCIE-1680/1812/1756/1884。

  • 软件

    Simulink模型导出到SimuRTS，部署到实时系统。

• 成果

  实现电机模型（永磁同步电机）在100μs步长下的闭环测试，延迟<50μs，验证了控制算法在极端工况下的稳定性。

案例2：智能驾驶传感器信号模拟

• 背景

  自动驾驶ECU开发需模拟毫米波雷达和激光雷达的百微秒级信号输入，测试感知融合算法。

• 方案
  • 硬件

    研华UNO系列无风扇工控机 + PCIE-1682F CAN FD卡+PCIE-1824，支持多通道信号输出。

  • 软件

    SimuRTS导入传感器模型，注入故障信号（如遮挡、噪声）测试ECU响应。

• 成果

  实现多传感器信号在100μs周期内的同步仿真，误差<1μs，满足ISO 26262功能安全测试要求。

案例3：燃料电池系统实时能量管理

• 背景

  燃料电池汽车需实时优化氢耗与电池输出，要求仿真步长≤100μs以匹配BMS（电池管理系统）控制周期。

• 方案
  • 硬件

    研华UNO边缘计算终端 + PCIE-1682F 集成CAN FD总线通信。

  • 软件

    工具链建模燃料电池电化学特性，SimuRTS通过Linux RT内核实现硬实时调度。

• 成果

  完成动态工况下能量分配策略的微秒级验证，优化后氢耗降低12%。

案例4：商用车电液转向系统HIL

• 背景

  重型卡车线控转向系统需在100μs内响应转向指令，避免机械延迟导致的操控风险。

• 方案
  • 硬件

    研华PCI-1784高速数字量采集卡 + 国产液压仿真设备，支持1MHz采样率。

  • 软件

    导入FMU液压模型，与车辆动力学模型联合仿真。

• 成果

  转向指令到液压响应的仿真延迟控制在80μs内，助力通过ISO 13849安全认证。

案例5：航空航天飞行器模拟测试

挑战

航空航天飞行器的设计和测试需要模拟各种复杂的飞行工况和环境条件，传统测试方法成本高、周期长，且难以完全模拟真实情况。同时，飞行器的控制系统对实时性和可靠性要求极高，需要确保在各种极端情况下都能稳定运行。

方案

硬件使用高性能的研华工控机和专业的传感器采集模块，实时核以百微妙级的响应速度处理飞行控制指令和传感器数据，Windows 核进行数据处理和分析。SimuRTS 模型下载到实时Linux构建飞行器的多物理场仿真模型，包括空气动力学、结构力学、控制系统等，模拟不同飞行阶段和故障场景下的飞行器性能。使用PCIE-1805/1824实现信号采集与控制。

成果

飞行器的设计优化周期缩短 50%，测试成本降低 35%，控制系统的可靠性提高 40%，为航空航天飞行器的研发和测试提供了高效、可靠的解决方案。

案例6：航天军工导弹制导系统测试

挑战

导弹制导系统的性能直接关系到作战的成败，需要在各种复杂的环境和工况下进行精确测试。传统的测试方法难以模拟真实的战场环境和飞行过程中的各种干扰因素，而且测试周期长、成本高。同时，制导系统对实时性和精度的要求极高，任何微小的延迟或误差都可能导致导弹偏离目标。

方案

硬件方面，采用研华坚固耐用的工控机和高精度的数据采集卡，实时核以百微妙级的速度处理导弹的姿态控制、目标跟踪等指令，Windows 核负责数据处理和算法运行。SimuRTS 模型下载到实时Linux用于构建导弹制导系统的仿真模型，模拟不同的飞行轨迹、气象条件、电磁干扰等场景，对制导算法进行验证和优化。使用PCIE-1816/1824/1884/1758实现信号采集与控制。

成果

通过 SimuRTS 的仿真测试，导弹制导系统的精度提高了 30%，能够更准确地命中目标。同时，测试周期缩短了 40%，大大降低了测试成本。在实际应用中，该制导系统在多次模拟作战测试中表现出色，为国防安全提供了有力保障。

案例7：军工雷达系统性能优化

挑战

军工雷达系统需要在复杂的电磁环境中实时准确地探测和跟踪目标，传统的雷达系统在抗干扰能力、目标识别精度和数据处理速度等方面存在一定的局限性。同时，雷达系统的开发和调试过程复杂，需要大量的实际测试和优化工作。

方案

利用研华的高性能工控机和高速数据传输模块，实时核以百微妙级的响应速度处理雷达信号的采集和处理任务，Windows 核运行雷达信号处理算法和目标识别程序。SimuRTS 模型下载到实时Linux构建雷达系统的仿真模型，模拟不同的电磁干扰场景、目标特性和雷达参数设置，对雷达系统的性能进行评估和优化。使用PCIE-1803/1805/1824/1756实现信号采集与控制。

成果

经过 SimuRTS 仿真优化后，雷达系统的抗干扰能力提高了 50%，目标识别精度提升了 25%，数据处理速度加快了 40%。在实际的军事演练中，该雷达系统能够更有效地探测和跟踪目标，为军事决策提供了更准确的信息。

研华开放架构与 SimuRTS 实时仿真的深度整合，为工业智能化提供了“硬核底座 + 智慧大脑”的双重保障。相较于 dSPACE,NI Veristand等国外系统，SimuRTS 以其容易使用、开发快速的特点，为工业用户提供了更高效、便捷的解决方案。