車(chē)輛控制系統開(kāi)發(fā)軟件閉環(huán)模擬方法
加入技術(shù)交流群
另一種系統配置是采用筆記本電腦。PC 計算機固有的外設有串口、并口、USB 和網(wǎng)絡(luò )接口，串口由于通信速度慢，顯然不適于作采集數據。網(wǎng)絡(luò )接口由于與單片機的接口比較復雜，也不太適于作系統的數據交換與通信。USB和并口通信速度比較高，并且與單片機的接口也比較簡(jiǎn)單，這樣可以外掛兩個(gè)獨立的外設。一般在我們的系統中一個(gè)作為單片機的仿真器用，一個(gè)作為采集卡構成實(shí)時(shí)模擬系統，這樣采用筆記本就增加了移動(dòng)性，方便靈活。圖2 為這一系統的框圖。
圖2 筆記本PC 構成的開(kāi)發(fā)系統框圖
1)純模擬系統：采用MATLAB 建模，進(jìn)行控制系統的模擬。
2)集成單片機開(kāi)發(fā)系統：采用PC104 總線(xiàn)結構，控制算法直接生成C 代碼，并直接下載到單片機仿真器中運行，這樣可以實(shí)時(shí)修改控制算法，即可以在試驗室條件下進(jìn)行，也可以在實(shí)車(chē)上進(jìn)行調試。
3)集成測試系統：利用PC104 采集卡可以對車(chē)輛非控制器參數進(jìn)行采集，如壓力、速度等，用這些數據可以有效地對控制效果進(jìn)行評估。
4)集成實(shí)時(shí)硬件模擬系統：利用采集卡可以發(fā)出各種模擬的傳感器信號，如模擬量通過(guò)D/A 發(fā)出，脈沖信號通過(guò)PWM 信號發(fā)出。
5)集成的車(chē)載系統：采用專(zhuān)用的計算機抗振機箱，整套系統可以直接放到車(chē)輛上進(jìn)行ECU 的調試，調試過(guò)程中可以采集各種物理量，同時(shí)此系統可以進(jìn)行各個(gè)階段的模擬。這種系統將軟件及硬件一體化，同時(shí)應用于車(chē)輛控制系統各個(gè)開(kāi)發(fā)階段，最有效地提高了設備的利用率，避免了開(kāi)發(fā)環(huán)境的切換，從而可以縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。圖3 為這一系統的外形圖。這一系統首先硬件實(shí)現了從模擬到系統的集成化，硬件是同一設備完成各個(gè)階段的開(kāi)發(fā)，下面要介紹的軟件也是一體化的。
圖3 開(kāi)發(fā)系統外形圖
系統軟件采用MATLAB 系統建立控制對象模型，即車(chē)輛模型?；旌峡刂破鞯哪Ｐ途涂梢孕纬杉兡M系統，但這種純模擬系統可以采用統一的MATLAB 環(huán)境控制器模型，也采用SIMULINK 可視化模型，這是最初的模型。如果要使用MATLAB 中的工具箱，這類(lèi)模型有一定的限制，如不能采用連續性模塊，采用嵌入式代碼生成器工具箱，可以將控制器子系統生成C 代碼，也可以采用專(zhuān)用的單片機代碼生成器生成C 代碼，如目前MATLAB 中已有Motorola MPC555、TI TMS320C6000、Infineon C167 系統單片機專(zhuān)用工具箱控制C 代碼的生成并可以控制C 代碼的編譯、連接，最后生成可執行代碼。生成可執行代碼后，可以將系統直接下載到目標單片機上，這時(shí)就可以用目標單片機直接對應用對象即實(shí)際車(chē)輛進(jìn)行控制了。但單片機代碼不能直接對模擬模型進(jìn)行控制了，這樣就造成了開(kāi)發(fā)過(guò)程的脫節。因為由SIMULINK生成代碼的過(guò)程，有可能改變了系統算法的特性。不同廠(chǎng)商的編譯器也會(huì )存在一些問(wèn)題，所以直接用生成的單片機代碼對模擬對象進(jìn)行控制是最便利的，當然這時(shí)可以利用實(shí)時(shí)硬件閉環(huán)系統進(jìn)行模擬與驗證。但由于控制器硬件的過(guò)早介入要花費很大的精力去調整信號，而往往硬件連接會(huì )帶來(lái)很多麻煩，如信號連接等。再者在算法調整階段并不需要硬件的介入，在這種情況下，就需要有一種連接單片機與計算機之間的數據交換界面，從而形成一種快速實(shí)時(shí)交換數據方式，使車(chē)輛模型系統與控制系統能夠實(shí)現快速通信，從而實(shí)現軟件實(shí)時(shí)模擬，基于此在本系統中采用兩種數據交換方式。
(1) CAN 通信方式
(2) 雙口RAM 通信方式
其結構方式見(jiàn)圖4。
圖4 數據交換方式
采用CAN 總線(xiàn)通信比較方便，這是因為目前許多單片機已內置了CAN 控制器，一般CAN 控制器具有15 個(gè)信息體，新出現的單片機則可以帶更多的CAN 控制器，每個(gè)信息體有8 個(gè)字節，這樣就可以有120個(gè)字節用于實(shí)時(shí)數據交換，同時(shí)CAN 的最高通信速度為1MHz 波特率，足以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)模擬的要求。在PC計算機方面一般沒(méi)有CAN 接口，但CAN 的接口卡是比較多的。本系統采用自制的CAN 采集卡，該采集卡可以采用USB接口轉換，也有并口、ISA、PCI 幾種接口，只用兩根CAN 通信線(xiàn)就可以將單片機與PC計算機進(jìn)行通信連接。當然串口與單片機的連接也很方便，除非是一些低速簡(jiǎn)單的控制系統，但串口通信一是速度慢，二是它的數據傳遞不像CAN 是數據包的形式，所以容易產(chǎn)生錯誤。
CAN 通信只能傳送字節型數據，對不同的數據類(lèi)型要進(jìn)行變換，例如要傳送浮點(diǎn)數據，先把它變換為字節型變量，接收后要進(jìn)行解碼，把它還原為浮點(diǎn)數據類(lèi)型。系統的原理見(jiàn)圖5。
圖5 CAN 數據交換原理
評論