基于MATLAB的控制系統實(shí)時(shí)仿真平臺設計

　　摘要：針對現有控制系統設計方法開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、費用高的問(wèn)題，本文利用基于模型的軟件開(kāi)發(fā)方式，以DSP和工業(yè)控制計算機為硬件，構建了能夠實(shí)現Simulink模塊自動(dòng)代碼生成的、能完成針對任何復雜對象控制仿真的控制系統硬件在回路仿真平臺，解決了S函數封裝、控制應用程序模塊連接等關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)以直流電機速度控制為例，在完成Simulink全數字仿真的基礎上，利用該仿真平臺進(jìn)行了半物理仿真，仿真結果證實(shí)了該平臺的有效性。

　　控制系統開(kāi)發(fā)的一般流程是設計人員進(jìn)行對象建模、控制算法設計、離線(xiàn)全數字仿真，之后將驗證過(guò)的控制算法于真實(shí)控制器中手動(dòng)編程實(shí)現并進(jìn)行硬件在回路的半物理仿真，這就涉及到代碼編寫(xiě)、軟件校驗測試等工作，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程設計繁雜、周期長(cháng)且調試困難^[1-2]?！　?/p>

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　　隨著(zhù)越來(lái)越多成熟的軟件工具的出現，以自動(dòng)代碼生成技術(shù)為代表的基于模型的軟件開(kāi)發(fā)方法逐漸興起，讓算法到嵌入式實(shí)時(shí)C代碼的生成一次成功，避免傳統開(kāi)發(fā)要重復多次才能成功的弊端。而MATLAB/RTW工具更是以其可靠性高、組建靈活等特點(diǎn)在眾多能實(shí)現自動(dòng)代碼生成的軟件中優(yōu)勢明顯?！　?/p>

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　　本文正是利用MATLAB/RTW構建了適用于任何復雜被控對象的硬件在回路仿真系統，該系統能夠實(shí)現DSP/工控機環(huán)境下Simulink模型自動(dòng)編譯與下載、仿真參數在線(xiàn)修改、仿真數據實(shí)時(shí)存儲等功能，以直流電機速度控制位對象的仿真結果也證實(shí)了該平臺的有效性。

　　RTW與自動(dòng)代碼生成

　　RTW(Real-time Workshop)是MATLAB的重要組成部分^[3][4]，或者說(shuō)是一個(gè)基于MATLAB/Simulink的自動(dòng)代碼生成環(huán)境，它能直接從Simulink仿真模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據目標系統配置自動(dòng)生成多種環(huán)境下的可執行程序，支持的硬件包括如DSP、x86、PowerPC等系列CPU構建的計算機，軟件平臺如DOS、Windows、VxWorks、xPC、Linux等操作系統，甚至可以獨立運行于裸機上。利用RTW和自動(dòng)代碼生成技術(shù)能夠避免軟件開(kāi)發(fā)人員手工編制、調試程序這一復雜、反復的過(guò)程，從而縮短研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。RTW的工作流程可分為四步：