matlab 外文翻譯 外文文獻(xiàn) 英文文獻(xiàn) matalab 混合仿真平臺(tái)控制算法的概述

MATALAB混合仿真平臺(tái)控制算法的概述MATALB混合仿真平臺(tái)，即為將硬件引入到仿真回路里的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，可用于過(guò)程控制器的開發(fā)與測(cè)試。平臺(tái)提供了三種控制器的嵌入方法，尤其能用MATLAB語(yǔ)言編寫，大大提高了平臺(tái)的靈活性。為了建立過(guò)程控制混合仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，必須解決PC機(jī)作為虛擬控制器設(shè)計(jì)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)和在WINDOWS操作系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)問(wèn)題。我們先詳細(xì)闡述過(guò)程控制混合仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理；最后介紹平臺(tái)控制算法的嵌入方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證平臺(tái)的有效性。過(guò)程控制混合仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)原理1數(shù)值計(jì)算，MATLAB提供了大約600多個(gè)數(shù)學(xué)和工程上常用的函數(shù)。這些函數(shù)的數(shù)值運(yùn)算是針對(duì)矩陣操作優(yōu)化過(guò)的，可以使用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言。在保持同樣性能的情況下，編程工作量非常小，數(shù)值計(jì)算采用了LAPACK，BLAS，F(xiàn)FTW等優(yōu)秀數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，使得計(jì)算效率得到進(jìn)一步的提升。MATLAB包含的主要數(shù)學(xué)函數(shù)有線性代數(shù)和矩陣運(yùn)算、傅立葉變換和統(tǒng)計(jì)分析、微分方程求解、稀疏矩陣運(yùn)算以及三角和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算等；除此之外，隨著MATLAB的應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴(kuò)大，補(bǔ)充了用于許多特定領(lǐng)域的函數(shù)。2）算法開發(fā)，強(qiáng)大的計(jì)算能力，方便易用的編程語(yǔ)言和豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)使MATLAB最適于用于算法開發(fā)工作。典型的應(yīng)用包括數(shù)據(jù)分析，信號(hào)處理，圖像處理，系統(tǒng)建模和高級(jí)算法研究等。不管用戶是使用已有的算法，還是自行開發(fā)，MATLAB提供了一個(gè)通用的平臺(tái)。使用MATLAB進(jìn)行算法開發(fā)就像平時(shí)書寫數(shù)學(xué)表達(dá)式一樣。將用戶在MATLAB中開發(fā)的算法結(jié)合到外部運(yùn)行的系統(tǒng)中。一旦用戶的算法和仿真經(jīng)過(guò)了編寫和調(diào)試，MATLABCOMPILER和C/CMATHLIBRARY會(huì)將MATLAB應(yīng)用自動(dòng)轉(zhuǎn)換成可移植C和C代碼的工具。對(duì)于信號(hào)處理，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和其他一些應(yīng)用，MATLAB工具箱提供了一系列先進(jìn)的技術(shù)。工具箱遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了提供一些基本算法的范疇他們提供了一個(gè)學(xué)習(xí)，研究，創(chuàng)新前沿理論和技術(shù)的舞臺(tái)。提供的算法工具箱有NEURALNETWORKTOOLBOX、OPTIMIZATIONTOOLBOX、SYSTEMIDENTIFICATIONTOOLBOX、ROBUSTCONTROLTOOLBOX、MODELPREDICTIVECONTROLTOOLBOX、CONTROLSYSTEMTOOLBOX，F(xiàn)UZZYLOGICTOOLBOX等。3）數(shù)據(jù)分析與可視化，通過(guò)MATLAB，用戶可以分析所有類別的數(shù)據(jù)包括信號(hào)，圖像，多項(xiàng)式，時(shí)間歷程，多變量數(shù)據(jù)和線性系統(tǒng)等。從分析中總結(jié)出來(lái)的結(jié)果可以作為將來(lái)進(jìn)一步的算法和模型開發(fā)的基礎(chǔ)。此外，用戶可以快速地將代碼片段和知識(shí)轉(zhuǎn)換成可以重復(fù)使用的自動(dòng)分析例程，不需要變量聲明和維數(shù)定義，可很快編寫出程序。MATLAB提供了方便的數(shù)據(jù)訪問(wèn)工具。例如，DATAACQUISITIONTOOLBOX允許用戶將實(shí)時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)直接傳送到MATLAB進(jìn)行分析，DATABASETOOLBOX允許用戶訪問(wèn)符合ODBC和JDBC的數(shù)據(jù)庫(kù)，而M文件，C和FORTRAN程序中的處理文本和二進(jìn)制文件的I/O函數(shù)，則允許用戶處理任何格式的數(shù)據(jù)。MATLAB和相關(guān)的工具箱包含了科學(xué)計(jì)算中需要的專業(yè)圖形功能。從2D原始數(shù)據(jù)的曲線圖到帶標(biāo)記的等值線圖和交互式的GUI，這些工具提供了模型可視化的能力，幫助用戶理解復(fù)雜的系統(tǒng)。特別是MATLAB提供了對(duì)3D標(biāo)量和矢量可視化的能力，包括顯示等值面和流圖。這個(gè)能力使科學(xué)家和工程師們能夠?qū)Υ罅?、?fù)雜和多維的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化。MATLAB實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，RTW是MATLAB提供的一個(gè)實(shí)時(shí)開發(fā)環(huán)境，是MATHWORK系列軟件的重要組成部分。RTW與MATLAB其他組成軟件的無(wú)縫連接，既滿足了設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)概念與方案設(shè)計(jì)等方面的需求，也為系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)或完成不同功能的系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作實(shí)驗(yàn)提供了方便，并且為并行工程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了一個(gè)良好的環(huán)境。它能直接從SIMULINK的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配置自動(dòng)生成多種環(huán)境下的程序，在硬件上運(yùn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，同時(shí)還支持基于模型的調(diào)試。使用RTW進(jìn)行實(shí)時(shí)硬件的設(shè)計(jì)測(cè)試，用戶可以縮短開發(fā)周期，降低成本。當(dāng)用戶在SIMULINK環(huán)境下建模，并得到較滿意的仿真結(jié)果后，就可將RTW與一個(gè)快速原型化目標(biāo)（例如RTWT目標(biāo)）聯(lián)合使用。該快速原型化目標(biāo)與用戶的物理系統(tǒng)連接在一起。用戶可使用SIMULINK模型作為連接物理目標(biāo)的接口，完成對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試。RTW的實(shí)現(xiàn)機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，這里僅從RTW自動(dòng)構(gòu)建應(yīng)用程序的過(guò)程這一方面進(jìn)行分析。RTW生成應(yīng)用程序的過(guò)程圖MODLE為建立的SIMULINK模型的名稱。RTW構(gòu)造應(yīng)用程序的過(guò)程由一個(gè)MFILE的命令來(lái)控制，對(duì)于大多數(shù)目標(biāo)，缺省命令是MAKERTW。其過(guò)程如下1模型分析，首先分析SIMULINK模型，分析的過(guò)程包括以下一些主要任務(wù)（1）數(shù)值化仿真參數(shù)和模框參數(shù)；（2）傳遞信號(hào)寬度和采樣時(shí)間；（3）確定模塊中框圖的執(zhí)行次序；（4）計(jì)算工作向量的大小主要是針對(duì)SFUNCTIONS?？?。在這個(gè)過(guò)程中，RTW讀取模型文件MODLEMDL，然后把它編譯為模型的內(nèi)部描述。這個(gè)描述存儲(chǔ)是與語(yǔ)言無(wú)關(guān)的ASCII文件，名稱為MODELRTW。我們可以把這個(gè)文件看作是下個(gè)過(guò)程的輸入，它將會(huì)在代碼生成后被自動(dòng)刪除。2調(diào)用TLC程序來(lái)生成C代碼，在這個(gè)階段，TLC把存儲(chǔ)在MODLERTW中的內(nèi)部模型描述轉(zhuǎn)換為特定的目標(biāo)代碼。TLC是一種解釋性的程序語(yǔ)言，設(shè)計(jì)這個(gè)程序語(yǔ)言的唯一的目的就是把模型描述轉(zhuǎn)變成代碼。在編譯過(guò)程中TLC執(zhí)行包含多個(gè)目標(biāo)文件TLC腳本文件和TLC函數(shù)庫(kù)的程序。目標(biāo)文件分為兩種一種是系統(tǒng)目標(biāo)文件，一種是模塊目標(biāo)文件。這些目標(biāo)文件指定如何把MODLERTW用作輸入，從MODLE中生成代碼。REALTIMEWORKSHOP綁定了用于各種目標(biāo)環(huán)境下的系統(tǒng)目標(biāo)文件，圖35給出了所有可用的系統(tǒng)目標(biāo)文件。在本系統(tǒng)中，我們的目標(biāo)環(huán)境是WINDOWS，選定的快速原型化目標(biāo)為RTWT，那么在構(gòu)建程序前，指定RTWINTLC作為我們?cè)诰幾g過(guò)程用到的TLC腳本文件。3生成定制MAKEFILE，在這一步中，將產(chǎn)生定制的模板文件MAKEFILE，文件名稱是MODELMK。生成的MAKEFI1E用來(lái)指導(dǎo)MAKEUTILITY編譯和鏈接模型，從而生成源代碼。RTW是從一個(gè)系統(tǒng)生成模板SYSTEMTEMPLATEMAKEFILE中生成MODLEMK的，這個(gè)模板文件名稱是SYSTEMTMFSYETEM是指被選擇目標(biāo)名稱，例如在上一步中，我們選擇了RTWINTLC作為我們的系統(tǒng)目標(biāo)文件，那么同時(shí)也選定了一個(gè)叫做RTWINTMF作為了我們的系統(tǒng)模板文件。模板文件MAKEFILE允許用戶定制編譯器、編譯器的選項(xiàng)和程序建立期間其他的信息，如果所用的編譯器不同，那么MAKEFILE文件也將不同，例如當(dāng)目標(biāo)為WINDOWS時(shí)，系統(tǒng)目標(biāo)文件是RTWINTLC，但是如果用VISUALCC的編譯器時(shí)，系統(tǒng)模板文件就是WIN_VCTMF，而選用WATCOM時(shí)，系統(tǒng)的模板文件就是WIN_WATCTMF。MOLDEMK只是SYSTEMTMF的一個(gè)拷貝，可以修改此文件來(lái)定制構(gòu)建程序的過(guò)程。RTWTREALTIMEWINDOWSTARGET是MATLAB提供和發(fā)行的一個(gè)基于RTW體系框架的附加產(chǎn)品，它可將PC機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，其目的是引入一種快速原型設(shè)計(jì)的方法，用于控制器的實(shí)時(shí)測(cè)試和開發(fā)。在這個(gè)環(huán)境里，一臺(tái)PC機(jī)既作為宿主機(jī)，又作為目標(biāo)機(jī)存在。對(duì)于RTWT，SIMULINK和所生成的代碼都運(yùn)行在同一個(gè)PC機(jī)上，其運(yùn)行界面可使用戶PC機(jī)的處理器運(yùn)行在WINDOWSNT或者WINDOWS95/98/2000/XP操作系統(tǒng)的同時(shí)采用RTW生成的代碼。RTWT支持許多類型的I/O設(shè)備板卡包括ISA和PCI兩種類型。用戶只需要安裝相關(guān)的軟件、一個(gè)編譯器和I/O設(shè)備板卡，就可將一個(gè)PC機(jī)用作實(shí)時(shí)系統(tǒng)并通過(guò)I/O設(shè)備與外部設(shè)備進(jìn)行連接。內(nèi)核通過(guò)I/ODRIVER模塊作為接口，與I/O硬件進(jìn)行通訊，并且檢查I/OBOARD安裝的正確性。SIMULINK與實(shí)時(shí)程序之間的通訊是通過(guò)SIMULINK的外部模式下的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)模塊直接與實(shí)時(shí)內(nèi)核建立通訊，來(lái)開始和終止可執(zhí)行程序的運(yùn)行。SIMULINK模型和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序之間保持著一個(gè)校驗(yàn)機(jī)制，實(shí)時(shí)內(nèi)核使用這個(gè)校驗(yàn)機(jī)制來(lái)判斷SIMULINK模型結(jié)構(gòu)在代碼生成的自動(dòng)中是否和實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)保持一致。這就確保了在線修改模型參數(shù)的時(shí)候，SIMULINK模型的參數(shù)可以正確地映射到實(shí)時(shí)應(yīng)用程序相應(yīng)的參數(shù)上。RTWT對(duì)I/0BOARD的支持，在混合仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的物理采集和物理控制輸出是靠I/O板卡完成的，那么實(shí)時(shí)應(yīng)用程序必須在軟件上具備數(shù)據(jù)采集和控制輸出的能力，也就說(shuō)程序必須要和I/O板卡建立連接。這一功能的實(shí)現(xiàn)需要RTWT的支持。在SIMULINK模型中加入輸入輸出模塊，設(shè)置與實(shí)際板卡一致的參數(shù)，然后編譯連接就可以了，需要說(shuō)明的是，板卡的驅(qū)動(dòng)程序并不真的參與編譯，而只是在程序運(yùn)行期間，需要采集數(shù)據(jù)或者輸出數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接。RTWT支持標(biāo)準(zhǔn)的I/OBOARDS。當(dāng)SIMULINK模型的運(yùn)行期間，RTWT從一個(gè)或多個(gè)輸入通道獲得采樣數(shù)據(jù)作為模型的輸入，然后快速的處理數(shù)據(jù)，再通過(guò)I/OBOARDS的輸出通道輸送到外部。RTWT提供了一個(gè)通用的SIMULINKBLOCKLIBRARYI/ODRIVERBLOCKLIBRARY在MATLAB命令中輸入RTWINLIB便可以查看，I/ODRIVERBLOCKLIBRARY提供了RTWT所支持的I/OBOARD的驅(qū)動(dòng)程序。通過(guò)各個(gè)BLOCK可以很方便的設(shè)置I/OBOARDS。這些BLOCK和其他的SIMULINKBLOCK一樣，都支持拖放操作。對(duì)于RTWT不支持的板卡，可利用SFUNCTION模塊自行開發(fā)板卡的驅(qū)動(dòng)程序。I/OBOARDS是由其廠商提供，往往通過(guò)SWITCHES或者JUMPERS和廠商提供的軟件來(lái)設(shè)定BASEDDRESSES，VOLTAGELEVELS和UNIPOLARORBIPOLARMODES。在REALTIMEWINDOWSTARGET也提供了參數(shù)設(shè)定的功能，這個(gè)功能的應(yīng)用與廠商提供的軟件有相同的靈活性。SIMULINK外部模式下實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞的機(jī)制，在外部模式下SIMUTINK不再對(duì)框圖表示的系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，而是把當(dāng)前的參數(shù)值下載到目標(biāo)系統(tǒng)。在初始下載完成后，SIMULINK保持在等待狀態(tài)，只有在框圖中的參數(shù)發(fā)生改變或者接收到來(lái)自目標(biāo)機(jī)的參數(shù)才開始動(dòng)作。當(dāng)框圖的參數(shù)發(fā)生改變，SIMULINK調(diào)用一個(gè)外部接口MEX文件，把新的參數(shù)值和其他一些信號(hào)傳遞給外部MEX文件。外部接口MEX文件執(zhí)行INTERPROCESSCOMMUNICATIONIPC通道一端的代碼，這個(gè)通道把SIMULINK過(guò)程MEX文件執(zhí)行的過(guò)程和外部可執(zhí)行性程序的過(guò)程連接在一起。MEX文件通過(guò)這個(gè)通道，把新的參數(shù)傳遞給外部程序。通道的另一端在外部程序中執(zhí)行，這一端把新的參數(shù)值寫到目標(biāo)參數(shù)結(jié)構(gòu)中。SIMULINK通過(guò)發(fā)送一個(gè)含有參數(shù)信息的訊息初始化下載操作。在C/S結(jié)構(gòu)中，SIMULINK作為客戶端，外部程序?yàn)榉?wù)端。兩個(gè)過(guò)程可以是遠(yuǎn)程的，也可以是當(dāng)?shù)氐摹．?dāng)客戶端和服務(wù)端是遠(yuǎn)程的時(shí)候，通過(guò)TCP/IP方式傳遞數(shù)據(jù)，當(dāng)客戶端與服務(wù)端是當(dāng)?shù)氐臅r(shí)候，采用共享內(nèi)存的方式傳送數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中采用的就是后一種方式。過(guò)程控制算法的實(shí)現(xiàn)方法，一個(gè)通用的仿真平臺(tái)，必須能夠方便的讓用戶加入自己的控制算法或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，此過(guò)程控制混合仿真平臺(tái)提供了以下三種控制算法的嵌入方法應(yīng)用SIMULINK提供的模塊搭建控制器模型，SIMULINK提供了各種各樣的模塊集合，在SIMULINK提供的圖形用戶界面上，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單拖拉操作，就可利用這些模塊集合構(gòu)造出復(fù)雜的控制器模型。此外SIMULINK還提供了諸如模糊邏輯工具箱與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱之類的高級(jí)算法控制工具箱，利用這些工具箱，結(jié)合其他模塊，可搭建出各種與之相關(guān)的控制算法模型，如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID等，如以模糊PID控制器模型。利用工具箱的圖形用戶界面編輯控制器，可方便地設(shè)計(jì)智能控制器的直觀圖式系統(tǒng)。利用SIMULINK模塊搭建控制器模型靈活方便，它外表以方塊圖形式呈現(xiàn)，且采用分層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用SIMULINK模型作為控制器的可視化界面，不僅能讓用戶知道控制器具體環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)，而且能讓用戶清晰地了解控制器中各器件、各子系統(tǒng)的信息交換，掌握各部分間的交互影響，為進(jìn)一步分析改善控制器提供了便利條件。編寫C語(yǔ)言的S函數(shù)實(shí)現(xiàn)控制算法，在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)有些算法用普通的SIMULINK模塊不容易搭建，對(duì)此可以使用SIMULINK支持的S函數(shù)格式，S函數(shù)作為SIMULINK的擴(kuò)展工具有固定的程序格式，可采用MATLAB、C/C、FORTRAN等語(yǔ)言編寫。但由于在實(shí)時(shí)仿真過(guò)程中需要將SIMULINK模型轉(zhuǎn)化為C代碼并生成獨(dú)立文件，只有C/C語(yǔ)言編寫的S函數(shù)支持這一功能，因此在算法擴(kuò)展中必須采用C/C語(yǔ)言編寫的S函數(shù)。S函數(shù)的工作原理和SIMULINK的仿真原理基本類似，每一個(gè)SIMULINK模塊都具有輸入U(xiǎn)、輸出Y、狀態(tài)X三個(gè)向量和其他一些對(duì)應(yīng)仿真各階段的方法。SIMULINK通過(guò)循環(huán)調(diào)用模型中的各模塊的特定方法來(lái)完成諸如計(jì)算輸出值、更新離散狀態(tài)值、計(jì)算連續(xù)狀態(tài)微分等任務(wù)。在S函數(shù)中提供了與SIMULINK仿真不同階段相對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。初始化階段包括MDLINITIALIZESIZES，MDLINITIALIZESAMPLETIMES和MDLINITIALIZECONDI模塊它們分別起初始化系統(tǒng)輸入維數(shù)輸出維數(shù)、狀態(tài)變量個(gè)數(shù)，定義仿真采樣時(shí)間和初始化狀態(tài)變量的作用。輸出階段MDLOUTPUTS模塊計(jì)算系統(tǒng)輸出。循環(huán)仿真階段MDLUPDATE模塊計(jì)算更新系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)變量的值。C語(yǔ)言S函數(shù)不僅可以將具有C語(yǔ)言描述功能的代碼嵌入SIMULINK模塊，以便于在SIMULINK中仿真，而且可以很容易的將C語(yǔ)言S函數(shù)模塊功能代碼轉(zhuǎn)換成純C代碼。MATALABHYBRIDSIMULATIONPLATFORMCONTROLALGORITHMOVERVIEWMATLABHYBRIDSIMULATIONPLATFORM,THATIS,THEHARDWAREPUTINTOTHESIMULATIONLOOPINTHELOOPSIMULATIONSYSTEMFORPROCESSCONTROLOFTHEDEVELOPMENTANDTESTINGPLATFORMEMBEDDEDCONTROLLERPROVIDESTHREEMETHODS,INPARTICULAR,CANUSEMATLABLANGUAGEHASGREATLYENHANCEDTHEFLEXIBILITYOFTHEPLATFORMINORDERTOBUILDSIMULATIONSYSTEMFORPROCESSCONTROLSYSTEMSMUSTBEADDRESSEDASAVIRTUALCONTROLLERPC,THEENVIRONMENTANDINTHEWINDOWSOPERATINGSYSTEMTOACHIEVEREALTIMECONTROLTOACHIEVETHESETWOPROBLEMSWEFIRSTELABORATESIMULATIONSYSTEMFORPROCESSCONTROLSYSTEMPRINCIPLE,ANDFINALLYINTRODUCEDTHEEMBEDDEDPLATFORMCONTROLALGORITHMMETHODANDTHEEXPERIMENTRESULTSVERIFYTHEEFFECTIVENESSOFTHEPLATFORMHYBRIDSIMULATIONPLATFORMPROCESSCONTROLTHEORY1NUMERICALCALCULATION,BASEDONMORETHAN600MATLABPROVIDESSOMECOMMONLYUSEDMATHEMATICALANDENGINEERINGFUNCTIONSTHENUMERICALCOMPUTATIONOFTHESEFUNCTIONSAREOPTIMIZEDFORMATRIXOPERATIONS,YOUCANUSEITTOREPLACETHEUNDERLYINGPROGRAMMINGLANGUAGEMAINTAINTHESAMEPERFORMANCEINTHECASE,THEPROGRAMMINGEFFORTISVERYSMALL,VALUECALCULATEDUSINGTHELAPACKANDBLAS,FFTWOTHEREXCELLENTMATHLIBRARY,SOTHECALCULATIONEFFICIENCYISFURTHERIMPROVEDMATLABCONTAINSTHEMAINMATHEMATICALFUNCTIONSARELINEARALGEBRAANDMATRIXOPERATIONS,FOURIERTRANSFORMANDSTATISTICALANALYSIS,SOLVINGDIFFERENTIALEQUATIONS,SPARSEMATRIXOPERATIONS,ANDTRIGONOMETRICANDOTHERELEMENTARYMATHEMATICS,ETCINADDITION,USEOFMATLABAPPLICATIONSWITHCONTINUOUSEXPANDEDTOADDAFUNCTIONFORANUMBEROFSPECIFICAREAS2ALGORITHMDEVELOPMENT,COMPUTINGPOWER,EASYTOUSEPROGRAMMINGLANGUAGEANDRICHMATHEMATICALFUNCTIONSTOTHEMOSTSUITABLEFORMATLABFORALGORITHMDEVELOPMENTTYPICALAPPLICATIONSINCLUDEDATAANALYSIS,SIGNALPROCESSING,IMAGEPROCESSING,SYSTEMMODELINGANDADVANCEDALGORITHMRESEARCHWHETHERTHEUSERISUSINGTHEEXISTINGALGORITHMSORDEVELOPINGTHEIROWN,BASEDONMATLABPROVIDESACOMMONPLATFORMMATLABFORALGORITHMDEVELOPMENTUSINGTHEMATHEMATICALEXPRESSIONOFTHESAMEWRITINGASUSUALUSERBASEDALGORITHMSDEVELOPEDINMATLABINTEGRATIONTOEXTERNALSYSTEMSRUNNINGONCETHEUSERSALGORITHMSANDSIMULATIONTHROUGHTHEWRITINGANDDEBUGGING,MATLABCOMPILERANDTHEC/CMATHLIBRARYMATLABAPPLICATIONWILLBEAUTOMATICALLYCONVERTEDTOPORTABLEANDCCODETOOLFORSIGNALPROCESSING,CONTROLSYSTEMDESIGNANDOTHERAPPLICATIONS,MATLABTOOLBOXPROVIDINGARANGEOFADVANCEDTECHNOLOGYTOOLBOXFARBEYONDTHESCOPEOFPROVISIONOFSOMEBASICALGORITHMSTHEYPROVIDEALEARNING,RESEARCH,INNOVATIONANDCUTTINGEDGETHEORYANDTECHNOLOGYARENAALGORITHMTOOLBOXTOPROVIDEANEURALNETWORKTOOLBOX,OPTIMIZATIONTOOLBOX,SYSTEMIDENTIFICATIONTOOLBOX,ROBUSTCONTROLTOOLBOX,MODELPREDICTIVECONTROLTOOLBOX,THECONTROLSYSTEMTOOLBOX,FUZZYLOGICTOOLBOX3DATAANALYSISANDVISUALIZATION,THROUGHTHEMATLABSOFTWARE,USERSCANANALYZEALLTYPESOFDATA,INCLUDINGSIGNAL,IMAGE,POLYNOMIALS,TIMECOURSE,DATAANDMULTIVARIABLELINEARSYSTEMSFROMTHEANALYSISRESULTSCANBESUMMEDUPASAMODELFORTHEFURTHERDEVELOPMENTOFTHEALGORITHMANDTHEBASEINADDITION,USERSCANQUICKLYCONVERTTHECODEFRAGMENTANDKNOWLEDGECANBEREUSEDINAUTOMATEDANALYSISROUTINES,NOVARIABLEDECLARATIONSANDTHEDEFINITIONOFDIMENSION,CANWRITEPROGRAMSQUICKLYBASEDONMATLABPROVIDESACONVENIENTDATAACCESSTOOLSFOREXAMPLE,THEDATAACQUISITIONTOOLBOXALLOWSUSERSTOSENDREALTIMEMEASUREMENTDATADIRECTLYINTOMATLABFORANALYSIS,DATABASETOOLKITTOALLOWUSERSTOACCESSCONSISTENTWITHTHEODBCANDJDBCINTHEDATABASE,WHILEMCANDTHEFORTRANLANGUAGEDOCUMENTSANDPROCEDURESINHANDLINGTEXTANDBINARYFILEI/OFUNCTION,THENALLOWTHEUSERTOHANDLEANYFORMATANDRELATEDMATLABTOOLBOXCONTAINSASCIENTIFICCOMPUTINGNEEDOFPROFESSIONALGRAPHICSTHERAWDATAFROMTHETWODIMENSIONALCURVETOTHECONTOURMAPWITHMARKERSANDINTERACTIVEGRAPHICALUSERINTERFACE,THESETOOLSPROVIDEAMODELVISUALIZEDCAPABILITIESTOHELPUSERSUNDERSTANDCOMPLEXSYSTEMSINPARTICULAR,PROVIDESAMATLABBASEDTHREEDIMENSIONALSCALARANDVECTORVISUALIZATIONCAPABILITIES,INCLUDINGDISPLAYEQUIVALENCEFACEANDFLOWDIAGRAMTHISCAPABILITYENABLESSCIENTISTSANDENGINEERSTOALARGENUMBEROFCOMPLEXANDMULTIDIMENSIONALDATAVISUALIZATIONMATLABREALTIMESIMULATIONENVIRONMENT,RTWISTOPROVIDEAREALTIMEBASEDONMATLABOTHERCOMPONENTSOFTHESOFTWAREFORSEAMLESSCONNECTION,NOTONLYTOMEETTHEDESIGNERSINTHESYSTEMCONCEPTANDPROGRAMDESIGNNEEDS,THETECHNOLOGYFORTHESYSTEMORPERFORMDIFFERENTFUNCTIONSINREALTIMEOPERATINGSYSTEMPROVIDESTHECONVENIENCEOFEXPERIMENTS,ANDFORIMPLEMENTATIONOFCONCURRENTENGINEERINGTOCREATEAGOODENVIRONMENTITDIRECTLYFROMTHESIMULINKSIMULATIONMODELPRODUCESOPTIMIZED,PORTABLEANDPERSONALIZEDCODE,ANDAUTOMATICALLYGENERATEAVARIETYOFCONFIGURATIONSDEPENDINGONTHETARGETUNDERTHEPROGRAMENVIRONMENT,THEHARDWARERUNNINGDYNAMICSYSTEMMODELALSOSUPPORTSMODELBASEDDEBUGREALTIMEUSINGTHERTWOFTHEDESIGNOFTESTHARDWARE,USERSCANSHORTENTHEDEVELOPMENTCYCLEANDREDUCECOSTSWHENTHEUSERMODELINSIMULINKENVIRONMENTANDGETSATISFACTORYSIMULATIONRESULTS,CANBEARTWWITHTHEGOALOFRAPIDPROTOTYPINGSUCHASRTWTTARGETJOINTUSETHEGOALOFRAPIDPROTOTYPINGOFPHYSICALSYSTEMSANDUSERSCONNECTEDUSERSCANUSETHESIMULINKMODELASTHEINTERFACETOCONNECTTHEPHYSICALTARGETTOCOMPLETESYSTEMTESTINGRTWIMPLEMENTATIONMECHANISMISACOMPLEXPROCESS,WHEREONLYFROMTHERTWPROCESSAUTOMATEDBUILDINGAPPLICATIONSTHATWEREANALYZEDRTWGENERATEDAPPLICATIONPROCESSDIAGRAMMODELFORTHEESTABLISHMENTOFTHESIMULINKNAMERTWCONSTRUCTIONAPPLICATIONPROCESSBYANMFILEINORDERTOCONTROLFORMOSTOFTHETARGET,THEDEFAULTCOMMANDISMAKERTWTHEPROCESSISASFOLLOWS1MODEL,FIRSTANALYZESTHESIMULINKMODELTOANALYZETHEPROCESSINCLUDESTHEFOLLOWINGMAINTASKS1NUMERICALSIMULATIONPARAMETERSANDMOLDINGPARAMETERS2PASSINGTHESIGNALWIDTHANDSAMPLINGTIME3DETERMINETHEMODULEBLOCKDIAGRAMOFTHEIMPLEMENTATIONOFTHEORDER4CALCULATIONOFTHESIZEOFTHEVECTORMAINLYFORSFUNCTIONSMODULEBOXINTHISPROCESS,RTWREADTHEMODELFILEMODLEMDL,ANDTHENCOMPILEITASAMODELOFINTERNALDESCRIPTIONTHISDESCRIPTIONISSTOREDINASCIIFILESANDLANGUAGEINDEPENDENT,NAMEMODELRTWWECANUSETHATFILEASINPUTFORTHENEXTPROCESS,ITWILLBEAUTOMATICALLYDELETEDAFTERTHECODEGENERATION2CALLTLCPROGRAMTOGENERATECCODE,ATTHISSTAGE,TLCSTOREDINMODLERTWINTHEINTERNALMODELDESCRIPTIONINTOASPECIFICOBJECTCODETLCISANINTERPRETEDPROGRAMMINGLANGUAGE,PROGRAMMINGLANGUAGEDESIGNTHATTHEONLYPURPOSEISTOMODELDESCRIPTIONINTOTHECODETLCINTHECOMPILATIONPROCESSOFTHEIMPLEMENTATIONOFMULTIPLEOBJECTFILESTLCSCRIPTFILE,ANDTLCLIBRARYPROCEDURESOBJECTFILEISDIVIDEDINTOTWOTYPESONEISTHETARGETFILESYSTEM,ONEISTHEMODULEOBJECTFILETHETARGETFILETOSPECIFYHOWTOMODLERTWUSEDASANINPUT,GENERATECODEFROMMODLEREALTIMEWORKSHOPTARGETBINDINGENVIRONMENTFORAVARIETYOFTARGETFILESYSTEM,FIGURE35SHOWSALLTHEAVAILABLESYSTEMTARGETFILEINTHISSYSTEM,OURTARGETENVIRONMENTISWINDOWS,THESELECTEDTARGETRAPIDPROTOTYPINGRTWT,THENTHEBUILDINGPROCESSBEFORE,WESPECIFYRTWINTLCASTLCUSEDINTHECOMPILATIONPROCESSSCRIPTFILE3GENERATECUSTOMIZEDMFILE,INTHISSTEP,WILLHAVEACUSTOMTEMPLATEFILEMFILE,THEFILENAMEISMODELMKGENERATEDMAKEFI1EUSEDTOGUIDETHEMAKEUTILITYTOCOMPILEANDLINKMODEL,WHICHGENERATESSOURCECODERTWISASYSTEMGENERATEDTEMPLATESYSTEMTEMPLATEMFILEGENERATEDMODLEMK,THISTEMPLATEFILENAMEISSYSTEMTMFSYETEMISTHETARGETNAMEISSELECTED,SUCHASINTHEPREVIOUSSTEP,WESELECTEDRTWINTLCASOURSYSTEMTARGETFILE,ALSOCALLEDRTWINTMFSELECTEDOURSYSTEMASATEMPLATEFILETEMPLATEFILEMFILEALLOWSUSERSTOCUSTOMIZETHECOMPILER,COMPILEROPTIONSANDOTHERINFORMATIONDURINGTHEPROCESSTOESTABLISH,IFTHECOMPILERUSEDINDIFFERENT,THENTHEMAKEFILEFILEWILLBEDIFFERENT,SUCHASWHENTHETARGETISWINDOWS,THESYSTEMTARGETFILEISRTWINTLC,BUTWITHTHEVISUALCCCOMPILER,THESYSTEMTEMPLATEFILEISWIN_VCTMF,ANDCHOOSEWATCOM,THESYSTEMOFTHETEMPLATEFILEISWIN_WATCTMFMOLDEMKONLYSYSTEMTMFACOPY,YOUCANMODIFYTHISFILETOCUSTOMIZETHEBUILDPROCESSOFTHEPROCESSRTWTREALTIMEWINDOWSTARGETISTOPROVIDEANDDISTRIBUTEAMATLABRTWSYSTEMFRAMEWORKBASEDONTHEADDITIONALPRODUCTSARESHIPPING將TURNITSMACHINESINTOASAPCSYSTEMWITHTHEAIMOFRAPIDPROTOTYPINGONEKINDOFMETHODSFORKONGREALTIMETESTINGANDDEVELOPMENTINTHISENVIRONMENT,APC,BOTHASAHOST,BUTALSOASTHETARGETMACHINETHEREFORRTWT,SIMULINKANDTHEGENERATEDCODERUNNINGONTHESAMEPC,THEINTERFACEALLOWSUSERSTORUNPCPROCESSORRUNNINGONWINDOWSNTORWINDOWS95/98/2000/XPOPERATINGSYSTEM,WHILETHECODEGENERATEDBYRTWRTWTSUPPORTSMANYTYPESOFI/ODEVICEBOARDSINCLUDINGTHETWOTYPESOFISAANDPCIUSERSONLYNEEDTOINSTALLRELATEDSOFTWARE,ACOMPILERANDI/ODEVICECARD,APCMACHINECANBEUSEDFORREALTIMESYSTEMANDTHROUGHI/ODEVICESANDEXTERNALDEVICESTOCONNECTCORETHROUGHTHEI/ODRIVERMODULEASTHEINTERFACEANDI/OHARDWARE,COMMUNICATION,ANDTOCHECKI/OBOARDINSTALLATIONISCORRECTSIMULINKANDREALTIMECOMMUNICATIONBETWEENPROCESSESISTHROUGHTHESIMULINKEXTERNALMODE,THEMODULETOACHIEVETHISMODULEISTOESTABLISHCOMMUNICATIONDIRECTLYWITHTHEREALTIMEKERNELTOSTARTANDTERMINATETHEOPERATIONOFANEXECUTABLEPROGRAMSIMULINKMODELSANDREALTIMEAPPLICATIONSHAVEMAINTAINEDACHECKINGMECHANISMTOCHECKREALTIMEKERNELTOUSETHISMECHANISMTODETERMINETHESIMULINKMODELSTRUCTUREINTHEAUTOMATICCODEGENERATIONANDREALTIMEWHETHERTHESTRUCTUREOFTHEAPPLICATIONCONSISTENTTHISENSURESTHATTHELINECHANGESWHENTHEMODELPARAMETERS,SIMULINKMODELPARAMETERSCANBECORRECTLYMAPPEDTOTHEREALTIMEAPPLICATION,THECORRESPONDINGPARAMETERSRTWTONTHEI/0BOARDSSUPPORT,INAMIXEDSIMULATIONSYSTEMS,DATACOLLECTIONANDPHYSICALCONTROLOFTHEPHYSICALOUTPUTBYI/OBOARDTOCOMPLETE,THENTHEREALTIMEAPPLICATIONSMUSTHAVETHESOFTWAREOUTPUTDATAACQUISITIONANDCONTROLCAPABILITY,ALSOSAIDTHATPROCEDURESHAVETOBE,ANDI/OBOARDTOESTABLISHACONNECTIONTHEREALIZATIONOFTHISFUNCTIONREQUIRESRTWTSUPPORTSIMULINKMODEL,ADDINGINPUTANDOUTPUTMODULES,SETTINGANDACTUALCARDYIDI,ANDTHENBUILDTHECONNECTIONISAVAILABLE,ANDNEEDTOBEEXPLAINEDTHATTHEBOARDSPROCEDUREDOESNOTITISINVOLVEDINCOMPILATION,BUTONLYDURINGTHEPROGRAM,NEEDTODATAOROUTPUTDATACOLLECTEDWHENTHEDYNAMICCONNECTIONRTWTSUPPORTSTANDARDI/OBOARDSWHENTHESIMULINKMODELTORUNTIME,RTWTFROMONEORMOREINPUTCHANNELSWERESAMPLEDDATAASMODELINPUT,ANDTHENPROCESSTHEDATAQUICKLY,ANDTHENTHROUGHTHEI/OBOARDSTOTHEEXTERNALOUTPUTCHANNELDELIVERYRTWTPROVIDESAGENERICSIMULINKBLOCKLIBRARYI/ODRIVERBLOCKLIBRARYINTHEMATLABCOMMANDINPUTCANSEE,I/ODRIVERBLOCKLIBRARYPROVIDESRTWTSUPPORTEDI/OBOARDDRIVEREACHBLOCKCANBEEASILYBYSETTINGI/OBOARDSTHEBLOCKAND,LIKEOTHERSIMULINKBLOCK,SUPPORTDRAGANDDROPDONOTSUPPORTTHEBOARDFORRTWTCANUSESFUNCTIONMODULESDEVELOPEDBYBOARDDRIVERI/OBOARDSISPROVIDEDBYCOMPANIES,OFTENTHROUGHTHESWITCHESORJUMPERSANDSOFTWAREVENDORSTOSETBASEDDRESSES,VOLTAGELEVELS,ANDBIPOLARMODESINREALTIMEWINDOWSTARGETALSOOFFERSTHEFUNCTIONSOFTHEPARAMETERSSET,THEFUNCTIONOFAPPLICATIONANDSOFTWAREVENDORSHAVETHESAMEFLEXIBILITYSIMULINKEXTERNALMODE,PARAMETERPASSINGMECHANISMSTOACHIEVEINTHEEXTERNALMODESIMULINKNOLONGERASYSTEMBLOCKDIAGRAMMODELSIMULATION,BUTTHECURRENTVALUEOFTHEPARAMETERDOWNLOADTOTHETARGETSYSTEMAFTERTHEINITIALDOWNLOADISCOMPLETE,SIMULINKTOKEEPWAITINGFORTHESTATE,ONLYINTHEBLOCKDIAGRAMOFTHEPARAMETERSCHANGEORRECEIVEPARAMETERSFROMTHETARGETMACHINEBEGANTOMOVEWHENTHEPARAMETERSCHANGEDIAGRAM,SIMULINKCALLSANEXTERNALINTERFACEMFILE,THENEWPARAMETERVALUESANDSOMEOTHERSIGNALTOANEXTERNALMFILEEXTERNALINTERFACEMFILEEXECUTIONINTERPROCESSCOMMUNICATIONIPCCHANNELATONEENDOFTHECODE,THEACCESSTOSIMULINKPROCESSMFILEEXECUTIONPROCESSANDEXTERNALPROCEDURESEXECUTABLEPROCESSTOGETHERMFILETHROUGHTHISCHANNEL,THENEWPARAMETERTOTHEEXTERNALPROGRAMCHANNELTHEOTHERENDOFTHEEXTERNALPROGRAMEXECUTION,THECLIENTWRITESTHENEWVALUEOFTHEPARAMETEROBJECTPARAMETERSTRUCTURESIMULINKINFORMATIONBYSENDINGAMESSAGECONTAININGTHEINITIALIZATIONPARAMETERDOWNLOADOPERATIONINTHEC/SSTRUCTURE,SIMULINKASACLIENT,SERVERSIDEEXTERNALPROCEDURESTWOPROCESSESCANBEREMOTE,ITCANBELOCALWHENTHECLIENTANDSERVERISREMOTE,WHEN,THROUGHTHETCP/IPMODETRANSMISSIONOFDATA,WHENTHECLIENTANDTHESERVERISLOCALTIME,USESHAREDMEMORY,TRANSMISSIONOFDATA,THESYSTEMISUSEDINTHELATTERWAYIMPLEMENTATIONOFPROCESSCONTROLALGORITHMS,ACOMMONSIMULATIONPLATFORM,TOJEANUSERSTOEASILYADDTHEIROWNCONTROLALGORITHMORCONTROLSYSTEMDESIGN,PROCESSCONTROLHYBRIDSIMULATIONPLATFORMPROVIDESTHEFOLLOWINGTHREECONTROLALGORITHMEMBEDDEDMETHODSAPPLIEDSIMULINKCONTROLLERMODELPROVIDESAMODULESTRUCTURE,SIMULINKPROVIDESAWIDERANGEOFMODULESSETINTHESIMULINKPROVIDESAGRAPHICALUSERINTERFACE,ASLONGASASIMPLEDRAGANDDROPOPERATION,YOUCANUSETHESEMODULESTOCONSTRUCTACOMPLEXSETOFCONTROLLERMODELINADDITION,SIMULINKALSOPROVIDESATOOLBOX,SUCHASFUZZYLOGICANDNEURALNETWORKTOOLBOXOFTHESENIORCLASSOFALGORITHMCONTROLTOOLBOX,USETHETOOLBOX,INCOMBINATIONWITHOTHERMODULES,CANBUILDAVARIETYOFASSOCIATEDCONTROLALGORITHMMODEL,SUCHASFUZZYPID,PIDNEURALNETWORK,ETC,SUCHASTHEFUZZYPIDCONTROL