賽靈思System Generator中的時(shí)間參數

　　在第二類(lèi)時(shí)間參數，即分析參數中，首先要考慮的是采樣時(shí)間(ST)模塊。該參數在系統實(shí)施中不使用硬件資源，僅用于Simulink模型中的分析目的。ST模塊顯示的tsam值指的是硬件實(shí)施中用于相關(guān)信號的時(shí)鐘啟用周期，其單位是FPGA時(shí)鐘周期。

　　當設計人員在System Genertaor中的Icon Display屬性框中選擇下一項分析參數，即采樣頻率時(shí)，該模型中的每個(gè)Xilinx模塊都會(huì )以MHz為單位顯示采樣頻率Fsam，并用于該單元的實(shí)施。采樣率與其它時(shí)間參數的關(guān)系如下：

其中TCLKenb是實(shí)施中啟用的相關(guān)時(shí)鐘的周期。

　　從上面的第二個(gè)等式可以清楚地看出，每個(gè)采樣周期Psam都必須是Simulink系統周期Psys的整數倍，之所以如此，是因為僅有這些時(shí)鐘啟用信號是從FPGA系統時(shí)鐘衍生出來(lái)的。第三個(gè)等式表明ST時(shí)鐘顯示的值是以FPGA時(shí)鐘周期為單位的時(shí)鐘啟用周期。

　　選擇時(shí)間參數的詳細指南

　　上述控制系統示例詳細說(shuō)明了如何選擇時(shí)間變量，該流程具體可分為以下五個(gè)步驟。

　　確定設備

　　采用合適的傳遞函數對設備建模。在本例中，將設備當作PT2元進(jìn)行建模，將增益系數K設定為2，時(shí)間常數T設定為20ms，衰減系數d設定為0.2。因此，如圖3(a)所示，該設備為一個(gè)振蕩元。

　　圖3在無(wú)控、有PID控制和無(wú)抗飽合以及有抗飽和的情況下，輸入命令后得到的整體系統模型(頂部)和設備輸出

　　選擇模擬時(shí)間單位

　　此時(shí)，可以選擇基礎模擬時(shí)間單位Tsim，這樣設備的傳遞函數就有了便利的數值參數。在本例中，將Tsim設定為10ms。在上述參數設定完畢后，便得到如下設備傳遞函數：

　　設置Simulink系統周期

　　在擁有模擬時(shí)間單位后，將隨之根據可用的硬件平臺FPGA時(shí)鐘周期TCLK設置Simulink系統周期Psys。在Spartan-3E入門(mén)套件中，系統時(shí)鐘頻率為50MHz，設定TCLK為20ns，得到：

　　確定采樣頻率

　　根據經(jīng)驗法則，數字控制器的采樣率必須至少是設備截止頻率的20倍。本示例設備的截止頻率大約是30Hz，因此將采樣頻率設定為Fsam=1kHz。

　　設定采樣周期

　　最后，在控制器前面的Gateway-In模塊中設定采樣周期參數Psam。在本例中，設置如下：

　　有了這些設置，就可以進(jìn)行模型模擬，調整控制器參數并合成控制器邏輯。不過(guò)，有時(shí)FPGA時(shí)鐘周期TCLK會(huì )顯著(zhù)小于基礎時(shí)間單位Tsim，如在控制器是一個(gè)時(shí)鐘頻率比控制器本身要求高很多的更大規模設計的一個(gè)組成部分時(shí)。如此一來(lái)，由于在控制器真正處理下一個(gè)數據樣本之前需要模擬大量無(wú)效的時(shí)鐘周期，模擬時(shí)間會(huì )變得無(wú)比漫長(cháng)。而這種情況下，可以在不影響設備一致性的同時(shí)，在模擬和實(shí)施中設置不同的Psys。之所以能這樣做，是因為Psys值僅對設備的 System Generator部分有所影響。

　　更具體地說(shuō)，可以在模擬控制系統時(shí)設置Psys=Psam。這樣可確保只在必要時(shí)，即只有在模塊真正改變狀態(tài)的時(shí)候才會(huì )調用System Generator模塊。在生成FPGA實(shí)施前，只需改回原來(lái)的Psys值即可。

　　結語(yǔ)

　　閉環(huán)控制系統的MBD要求設備傳遞函數的絕對時(shí)間測量指標與設計環(huán)境的時(shí)間參數保持一致。通過(guò)使用為DSP提供的Xilinx System Generator工具，本文為該問(wèn)題提供了一個(gè)系統化的解決方法。