FMU模組

本文將逐步介紹FMU模組，如(圖1)所示，使用者可透過 Simulink、MapleSim等常見的模擬仿真軟體，或依循FMI通用介面的第三方建模工具生成FMU檔案，並透過USB 2.0 High speed通訊將FMU檔案傳送至模組中。FMU模組在接收檔案後，將自動進行模型編譯，待編譯完成將立即與MR2 Advance進行聯合仿真(Co-Simulation)。

(圖1) FMU模組之實體圖

隨著模型式設計(Model-Based Desige)與硬體迴路(Hardware-in-the-Loop, HIL)技術日趨成熟，系統開發流程已逐步從傳統的單機模擬，演進為跨平台、跨工具的協同驗證架構。為了提升模型的可攜性、重用性以及整體仿真系統整合效率，業界提出FMI(Functional Mock-up Interface)這一通用介面規範，以及其對應的FMU(Functional Mock-up Unit)檔案格式。透過此通用介面，不同建模工具與模擬平台之間得以快速整合，並進行高效且一致的聯合仿真，MR2 Advance搭配FMU模組亦可實現此一架構，如(圖2)所示。

(圖2) MR2 Advance基於FMI之即時聯合仿真系統

為了降低使用者在仿真系統部署上的負擔，本團隊所開發之FMU模組內建模型編譯器，如(圖3)所示，可直接對FMU檔案中所包含的原始碼進行編譯與執行，使用者無需額外建置複雜的系統環境。此設計不僅有效提升產品的可攜性，亦可無需依賴額外軟體即可運作，使用者僅需透過USB介面，快速建置聯合仿真系統。

(圖3) FMU模組具備模型編譯器與模型求解器

使用者於操作介面載入FMU檔案後，於介面中設定模型的輸入與輸出，如(圖4)所示，可將MR2 的動態變數作為模型輸入，若使用者想輸入特定的數值，則可配置使用者自定義輸入(User Input)，而模型輸出將根據使用者的需求，可配置為Torque Load(TL)、轉速(RPM)，或16組使用者自定義通道(User Channel)。當模型開始運作時，系統將依據使用者所設定的時間步長(dt)，於每一個計算週期內完成動態變數的讀取、模型運算與輸出計算結果，從而實現即時聯合仿真。使用者完成聯合仿真實驗後，可同時儲存FMU檔案與MR2動態變數等設定值，以利於後續快速部屬相同的實驗。

(圖4) FMU操作介面

FMU模組結合MR2 Advance，提供即插即用的聯合仿真解決方案，使用者可透過常見的仿真軟體或符合FMI規範的第三方建模工具生成FMU檔案，並經由 USB 2.0介面將數學模型傳輸至FMU模組。模組本身內建模型編譯器，可自動編譯FMU原始碼，使用者無需建置複雜系統環境，大幅提升產品可攜性。在操作介面中，使用者可靈活設定模型輸入與輸出，使數學模型與MR2 Advance內部馬達模型無縫整合。此架構不僅提升仿真系統整合效率，也為馬達控制及相關應用提供接近實際硬體的測試環境，同時讓使用者能快速驗證控制演算法並進行高效率的系統測試。

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