Do Modelo ao Hardware: MIL → SIL → HIL em Três Etapas

MIL → SIL → HIL é a progressão padrão do modelo-V para controle embarcado: simule tudo primeiro, depois substitua o modelo da planta por hardware real uma camada de cada vez. Com Synapsys, a transição é uma troca de uma linha porque a camada de transporte é totalmente abstraída do algoritmo.

As três etapas

Etapa	Planta	Controlador	Transporte	Objetivo
MIL	Simulada (StateSpace)	Código do algoritmo	Memória compartilhada	Iteração rápida, testes unitários
SIL	Simulada	Binário compilado / processo externo	ZeroMQ	Testes de integração, perfil de latência
HIL	Dispositivo real	Código do algoritmo ou firmware MCU	HardwareInterface	Testes de aceitação na planta real

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Etapa 1 — MIL: tudo em um processo

from synapsys.api import ss, c2d
from synapsys.agents import PlantAgent, ControllerAgent, SyncEngine, SyncMode
from synapsys.algorithms import PID
from synapsys.transport import SharedMemoryTransport
import numpy as np

planta_d = c2d(ss([[-1]], [[1]], [[1]], [[0]]), dt=0.01)
pid = PID(Kp=4.0, Ki=1.0, dt=0.01)

def lei(y: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.array([pid.compute(setpoint=3.0, measurement=y[0])])

with SharedMemoryTransport("demo", {"y": 1, "u": 1}, create=True) as bus:
    bus.write("y", np.zeros(1))
    bus.write("u", np.zeros(1))
    sync = SyncEngine(SyncMode.LOCK_STEP, dt=0.01)
    PlantAgent("planta", planta_d, bus, sync).start(blocking=False)
    ControllerAgent("ctrl", lei, bus, sync).start(blocking=True)

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Etapa 2 — SIL: dois processos via ZeroMQ

A função lei não muda. Apenas o transporte é trocado:

processo_planta.py

from synapsys.api import ss, c2d
from synapsys.agents import PlantAgent, SyncEngine, SyncMode
from synapsys.transport import ZMQTransport

planta_d = c2d(ss([[-1]], [[1]], [[1]], [[0]]), dt=0.01)
pub = ZMQTransport("tcp://*:5555", mode="pub")
sub = ZMQTransport("tcp://localhost:5556", mode="sub")
sync = SyncEngine(SyncMode.WALL_CLOCK, dt=0.01)
PlantAgent("planta", planta_d, pub, sync, sub_transport=sub).start(blocking=True)

processo_controlador.py

from synapsys.agents import ControllerAgent, SyncEngine, SyncMode
from synapsys.algorithms import PID
from synapsys.transport import ZMQTransport
import numpy as np

pid = PID(Kp=4.0, Ki=1.0, dt=0.01)

def lei(y: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.array([pid.compute(setpoint=3.0, measurement=y[0])])

sub = ZMQTransport("tcp://localhost:5555", mode="sub")
pub = ZMQTransport("tcp://*:5556", mode="pub")
sync = SyncEngine(SyncMode.WALL_CLOCK, dt=0.01)
ControllerAgent("ctrl", lei, sub, sync, pub_transport=pub).start(blocking=True)

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Etapa 3 — HIL: hardware real

from synapsys.agents import HardwareAgent, SyncEngine, SyncMode
from synapsys.hw import HardwareInterface
from synapsys.transport import ZMQTransport
import numpy as np

class MinhaInterfaceDAQ(HardwareInterface):
    def __init__(self):
        super().__init__(n_inputs=1, n_outputs=1)

    def read_outputs(self, timeout_ms: float = 100.0) -> np.ndarray:
        # return np.array([self.daq.read_channel(0)])
        return np.array([0.0])   # stub

    def write_inputs(self, u: np.ndarray, timeout_ms: float = 100.0) -> None:
        # self.daq.write_channel(0, float(u[0]))
        pass

sub = ZMQTransport("tcp://localhost:5556", mode="sub")
pub = ZMQTransport("tcp://*:5555", mode="pub")
sync = SyncEngine(SyncMode.WALL_CLOCK, dt=0.01)
HardwareAgent("hw", MinhaInterfaceDAQ(), pub, sync, sub_transport=sub).start(blocking=True)

O processo controlador não muda. A troca é cirúrgica.

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Resumo

Etapa	O que muda
MIL → SIL	SharedMemoryTransport → ZMQTransport, dividir em dois processos
SIL → HIL	PlantAgent → HardwareAgent(MinhaInterfaceDAQ())
Algoritmo de controle	Não muda

Veja o exemplo SIL completo em examples/advanced/02_sil_ai_controller/.