基于MATLAB的控制系統(tǒng)實時仿真平臺設(shè)計

　　摘要：針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)設(shè)計方法開發(fā)周期長、費(fèi)用高的問題，本文利用基于模型的軟件開發(fā)方式，以DSP和工業(yè)控制計算機(jī)為硬件，構(gòu)建了能夠?qū)崿F(xiàn)Simulink模塊自動代碼生成的、能完成針對任何復(fù)雜對象控制仿真的控制系統(tǒng)硬件在回路仿真平臺，解決了S函數(shù)封裝、控制應(yīng)用程序模塊連接等關(guān)鍵問題，同時以直流電機(jī)速度控制為例，在完成Simulink全數(shù)字仿真的基礎(chǔ)上，利用該仿真平臺進(jìn)行了半物理仿真，仿真結(jié)果證實了該平臺的有效性。

　　控制系統(tǒng)開發(fā)的一般流程是設(shè)計人員進(jìn)行對象建模、控制算法設(shè)計、離線全數(shù)字仿真，之后將驗證過的控制算法于真實控制器中手動編程實現(xiàn)并進(jìn)行硬件在回路的半物理仿真，這就涉及到代碼編寫、軟件校驗測試等工作，整個開發(fā)過程設(shè)計繁雜、周期長且調(diào)試?yán)щy^[1-2]?！　?/p>

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　　隨著越來越多成熟的軟件工具的出現(xiàn)，以自動代碼生成技術(shù)為代表的基于模型的軟件開發(fā)方法逐漸興起，讓算法到嵌入式實時C代碼的生成一次成功，避免傳統(tǒng)開發(fā)要重復(fù)多次才能成功的弊端。而MATLAB/RTW工具更是以其可靠性高、組建靈活等特點在眾多能實現(xiàn)自動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(gòu)建了適用于任何復(fù)雜被控對象的硬件在回路仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)DSP/工控機(jī)環(huán)境下Simulink模型自動編譯與下載、仿真參數(shù)在線修改、仿真數(shù)據(jù)實時存儲等功能，以直流電機(jī)速度控制位對象的仿真結(jié)果也證實了該平臺的有效性。

　　RTW與自動代碼生成

　　RTW(Real-time Workshop)是MATLAB的重要組成部分^[3][4]，或者說是一個基于MATLAB/Simulink的自動代碼生成環(huán)境，它能直接從Simulink仿真模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)配置自動生成多種環(huán)境下的可執(zhí)行程序，支持的硬件包括如DSP、x86、PowerPC等系列CPU構(gòu)建的計算機(jī)，軟件平臺如DOS、Windows、VxWorks、xPC、Linux等操作系統(tǒng)，甚至可以獨立運(yùn)行于裸機(jī)上。利用RTW和自動代碼生成技術(shù)能夠避免軟件開發(fā)人員手工編制、調(diào)試程序這一復(fù)雜、反復(fù)的過程，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：