V模式開發(fā)流程

1、.1控制系統(tǒng)研發(fā)而言，技術(shù)人員要面對兩類基本問題：在開發(fā)的初期階段，快速地建立控制對象及控制器模型，并對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行多次的、離線的及在線的試驗來驗證控制系統(tǒng)軟、硬件方案的可行性，即利用快速控制原型（RCP）進(jìn)行功能測試和檢驗。以快速控制原型檢驗設(shè)計，可排除大多數(shù)早期設(shè)計中引入的錯誤和缺陷，方便制定詳細(xì)的后續(xù)設(shè)計規(guī)范，降低項目的技術(shù)風(fēng)險。.2 在控制器設(shè)計完成并付諸生產(chǎn)時，必須在投放市場前進(jìn)行詳細(xì)的測試。如果按傳統(tǒng)測試方法，用真實的對象或環(huán)境進(jìn)行測試，無論是人員、設(shè)備還是資金都需要較大的投入，而且周期長，不易進(jìn)行極限條件下的測試，試驗的可重復(fù)性差，所得測試結(jié)果可記錄性及可分析性都較差。目前普

2、遍采用的方法是：在產(chǎn)品上市之前，采用真實的控制器，被控對象或者系統(tǒng)運行環(huán)境部分采用實際的物體，部分采用實時數(shù)字模型來模擬，進(jìn)行整個系統(tǒng)的仿真測試，即硬件在回路仿真（HILS）。.3一般來說，控制器產(chǎn)品的開發(fā)一般包括以下幾部分內(nèi)容： 根據(jù)調(diào)查情況用文字說明的方式定義需求和設(shè)計目標(biāo) 根據(jù)經(jīng)驗和相關(guān)參考提出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；由硬件人員設(shè)計并制造硬件電路 控制工程師設(shè)計控制方案，并將控制規(guī)律用方程的形式描述出來，由軟件人員采用手工編程的方式實現(xiàn)控制規(guī)律 由系統(tǒng)工程師或電子專家將代碼集成于硬件電路中用真實控制對象或測試臺架對產(chǎn)品進(jìn)行集成測試。 .4 為了滿足越來越緊迫的工期要求，研發(fā)單位大多采用并進(jìn)式的工

3、作方法，即并行工程。在此過程中，控制系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和質(zhì)量要求以及研發(fā)需求發(fā)生的變化（如被控對象發(fā)生變化這在大系統(tǒng)設(shè)計中非常常見），使得控制器的設(shè)計必須隨時做出合適的調(diào)整，這些調(diào)整通常都基于對已經(jīng)形成的產(chǎn)品部分的集成實驗測試。 .5 實際上，傳統(tǒng)的控制器的設(shè)計過程往往存在一定的盲目性。因為只有在整個系統(tǒng)中所有或大部分的零部件形成樣機(jī)后，才能進(jìn)行集成控制系統(tǒng)的閉環(huán)測試，很多問題在產(chǎn)品開發(fā)的后期階段才逐漸凸現(xiàn)出來，這樣就造成了很大的麻煩，例如可能會： .6 在對控制規(guī)律的控制特性或控制效果缺乏把握的情況下，硬件電路已經(jīng)制造了，而此時還未能確認(rèn)設(shè)計方案能在多大程度上滿足要求，抑或根本就不能滿足要求但

4、已產(chǎn)生了較大的硬件投入資本。 存在手工編程會產(chǎn)生代碼不可靠的問題。在測試過程中如果出現(xiàn)問題（在大多數(shù)情況下這是必然的），就很難確定是控制方案不理想還是軟件編碼錯誤。而且手工編程費時費力，要等很長時間才能再次對控制方案設(shè)計進(jìn)行驗證和測試，如果方案不合適，就意味著前期投入的浪費，開發(fā)風(fēng)險很高。 即使軟件編程不存在問題，如果在測試中發(fā)現(xiàn)控制方案不理想，需要進(jìn)行修改，則又要開始新的一輪改進(jìn)工作。大量的時間又將耗費在軟件的修改和調(diào)試上。另外，由于涉及的部門多，再加上管理不善所引入的種種不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致開發(fā)進(jìn)度頻繁延期，結(jié)果產(chǎn)品雖然研制成功，但市場初始需求已經(jīng)發(fā)生變更，商業(yè)機(jī)會錯失，開發(fā)以仍以失敗告終.7V模

5、式開發(fā)流程.8 現(xiàn)代化的V模式依托計算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計（CACSD：Computer-Aided Control System Design），將計算機(jī)支持工具貫穿于控制系統(tǒng)開發(fā)測試的全過程。計算機(jī)不僅可以輔助控制系統(tǒng)設(shè)計，進(jìn)行方案設(shè)計和離線仿真，還用于實時快速控制原型、產(chǎn)品代碼生成和硬件在回路測試。這里“V”代表著“Verification”和“Validation”，這樣就形成一套嚴(yán)謹(jǐn)完整的系統(tǒng)開發(fā)方法，一般包含以下幾個階段： .9第一階段 功能需求定義和控制方案設(shè)計 在傳統(tǒng)方法中，這一過程的產(chǎn)物就是幾千字甚至幾萬字的文字說明。在現(xiàn)代方法中為了避免文字說明的模糊性及理解性錯誤，詳細(xì)說明將

6、采用模型方式，可以用信號流圖的方式（Simulink模型）進(jìn)行定義。 控制方案的設(shè)計也不再采用過去的那種先將對象模型簡化成手工可以處理的形式，再根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行手工設(shè)計的方式，而是用諸如MATLAB/SIMULINK等計算機(jī)輔助建模及分析軟件建立對象盡可能準(zhǔn)確的模型，并進(jìn)行離線仿真，從而避免了傳統(tǒng)設(shè)計過程中，對象過于簡化帶來的設(shè)計方案無法滿足實際對象要求的尷尬局面。 .10第二階段 快速控制原型（RCP） 按現(xiàn)代設(shè)計方法，方案設(shè)計結(jié)束后，無須等待軟件工程師的編程和隨后的代碼硬件集成，而是利用計算機(jī)輔助設(shè)計工具自動將控制方案框圖轉(zhuǎn)換為代碼并自動下載到硬件開發(fā)平臺，從而快速實現(xiàn)控制系統(tǒng)的原型。原型中包

7、括實際系統(tǒng)中可能的各種I/O，軟件及硬件中斷等實時特性。之后，就可以利用計算機(jī)輔助試驗測試管理工具軟件進(jìn)行各種測試，以檢驗（Validation）控制方案對實際對象的控制效果，并在線優(yōu)化控制參數(shù)。此時即使模型需要大規(guī)模修改，重新形成測試原型也只需要幾分鐘的時間。這樣在最終實現(xiàn)控制方案之前，就可基本確認(rèn)最終方案和效果，避免過多的資源浪費和時間消耗。 .11第三階段 生成代碼 傳統(tǒng)的人工編程很容易引入缺陷，速度較慢；現(xiàn)代開發(fā)方法則不同，產(chǎn)品代碼的大部分由機(jī)器自動生成。對大多數(shù)工程師而言，如果能夠加快開發(fā)速度，損失代碼的部分實時運行效率是可以接受的，而且機(jī)器自動編碼，很容易避免人為的各種錯誤。.12

8、第四階段 硬件在回路仿真（HILS） 有了控制產(chǎn)品的初樣，還必須對其進(jìn)行全面綜合的測試，以對照確認(rèn)（Verification）產(chǎn)品與實際指標(biāo)要求，特別是故障情況和極限條件下的測試。但如果用實際的控制對象進(jìn)行測試，很多環(huán)境條件無法實現(xiàn)的，抑或要付出高昂的代價。 現(xiàn)代開發(fā)方法中計算機(jī)輔助設(shè)計工具（軟件/硬件）將再次發(fā)揮作用，可以用HILS的方法和工具進(jìn)行各種條件下的測試，特別是故障和極限條件下的測試。這是傳統(tǒng)開發(fā)方法所不具備的。 .13第五階段 系統(tǒng)集成測試/標(biāo)定標(biāo)定 產(chǎn)品型控制器制造完成后，需要與其它子系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成完整閉環(huán)進(jìn)行全面、詳細(xì)的測試，以確認(rèn)產(chǎn)品符合各項設(shè)計指標(biāo)和需求定義。這一階段的主要困難是，并行開發(fā)過程中，其它子系統(tǒng)部分未能就緒，無法集成。HILS應(yīng)用可以替代閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中那些尚未就位或者不易獲取的部