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文檔簡介
1、 基于模型設計在機電系統開發(fā)中的應用 王海濱+閆鵬程+武濤+歐棟杰摘 要 隨著現代控制技術的發(fā)展,控制算法越來越復雜,控制算法的自動驗證和代碼自動生成已經成為趨勢。傳統的電機控制算法開發(fā)是系統仿真,編寫代碼,最后測試。采用傳統手工編程的方式去編寫復雜的控制算法,對于初學者來說難度非常大。對于算法設計人員來說,需要一種方法能夠解決以上問題。Key 基于模型的設計;Embedded Coder;磁場定向算法;永磁同步電機;PIL:TP309 :A :1671-7597(2014)05-0053-01Matlab提供的基于模型設計平臺(Model Based Design,MBD),可以實現從需求分
2、析到代碼驗證的整個開發(fā)過程,用戶可以建立系統級模型的仿真驗證,優(yōu)化系統參數,自動生成高效的目標器件專用代碼。利用Matlab提供的開發(fā)環(huán)境,用戶可以開發(fā)和驗證控制算法,成功的完成從算法的設計驗證到自動生成代碼過程。1 電機控制系統開發(fā)流程在開發(fā)中,首先是通過文本需求建立可執(zhí)行文檔,在這一部分中,主要是建模,通過建模可以避免傳統文本的弊端,通過可視化和可執(zhí)行化的模型避免文本需求的歧義和冗余。建模之后,為生成符合相關安全標準的代碼,需要對模型進行建模規(guī)范檢查,使用Simulink V&V工具集可自動完成這一流程。為驗證算法的正確性,模型檢查通過后,Matlab提供的System Test(系統測試
3、)與Simulink DesignVerifier(設計驗證器)工具可以完成對控制系統的測試。模型測試后,使用Embedded coder工具生成嵌入式代碼,通過編譯連接生成目標代碼,下載到處理器中做代碼的等效性測試,如處理器在環(huán)測試(PIL)等。通過這完整的流程,從文本需求到系統測試提供了一個統一的平臺,方便開發(fā)人員交流,極大的提高了開發(fā)的效率。2 建模規(guī)范檢查與測試模型出來并且可以編譯之后,首先要做建模標準檢查,這個過程使用工具Simulink Verification&Validation工具集提供的model advisor自動化的完成。Model Advisor可以理解模型的靜態(tài)檢查
4、,用來驗證模型是否正確的搭建出來。這是建模檢查的第一步,對建立的模型進Model Advisor檢查,這在設計初期非常重要,用戶通過檢查,能夠找出模型中與建模標準或者安全標準不相符合的部分,對模型中隱含的問題給予警告,并且指導用戶修改,是代碼生成前重要的工作。Model Advisor提供了常見的建模標準和安全標準供用戶選擇,同時通過API接口,用戶可以建立自己公司的建模標準。3 處理器在環(huán)測試圖1 PIL工作流程圖處理器在環(huán)測試是在Simulink中搭建被控對象的模型,而將控制器算法代碼下載到目標處理器中去執(zhí)行,通過串口或者網絡接口通信,對處理器和Simulink進行實時數據交換,這種硬件在
5、環(huán)實時仿真技術可以反映控制器的實際工作情況,得到算法的執(zhí)行時間,便于及早的發(fā)現錯誤。其工作原理如圖1所示。PIL環(huán)節(jié)是基于模型設計中非常重要的環(huán)節(jié),因為系統控制系統模型的仿真只能驗證算法的正確性,但是由于算法對處理器性能要求很高,算法的執(zhí)行時間直接關系到整個控制系統是否穩(wěn)定。在電機控制系統中,如果FOC算法的執(zhí)行算法的時間大于PWM的周期,則會導致整個系統無法工作。對于處理器在環(huán)測試設置比較復雜,所以為能夠完成自動化的測試,本文建立自動化的測試程序如下:set_param(model,ProdHWDeviceType,TexasInstruments-C2000,TemplateMakefil
6、e, ec_target.tmf, GenCodeOnly, off,.SimulationMode,processor-in-the-loop (pil)set_param(model,CodeExecutionProfiling, on,.CodeExecutionProfileVariable,executionProfile,.CodeProfilingSaveOptions,AllData);save_system(sensorless_foc.slx)if exist(slprj,dir), rmdir(slprj,s); endsim(model)其中model為系統仿真的模型,
7、通過上述程序既可以自動進行PIL測試。用戶運行profile(IDE_Obj,execution,report)即可以生成代碼實時運行的結果如圖2所示。圖2 PIL仿真結果圖4 總結基于模型的設計優(yōu)勢在于算法的早期驗證,使得開發(fā)者可以將主要精力放在算法開發(fā)上,代碼則由Matlab自動生成,很好的提高工作效率。在實際的開發(fā)中,將算法生成為函數進行調用,一般底層驅動和控制流程使用匯編語言或者C手工編寫。如果通過Matlab對底層驅動建模則十分復雜,得不償失,控制流程開發(fā)也沒有C語言靈活。Reference1劉杰.基于模型的設計及其嵌入式實現M.北京:北京航空航天大學出版社,2010.2The Ma
8、thWorks,Inc.Embedded coder6 Geting Started Guide,April 2011.3The MathWorks,Inc.Embedded coder 6 Users Guide,April 2011.4The MathWorks,Inc.Stateflow 7 Geting Started Guide,April 2011.作者簡介王海濱(1988-),安徽蚌埠人,安徽理工大學在讀碩士研究生,研究方向:電力電子與電力拖動。endprint摘 要 隨著現代控制技術的發(fā)展,控制算法越來越復雜,控制算法的自動驗證和代碼自動生成已經成為趨勢。傳統的電機控制算法開發(fā)
9、是系統仿真,編寫代碼,最后測試。采用傳統手工編程的方式去編寫復雜的控制算法,對于初學者來說難度非常大。對于算法設計人員來說,需要一種方法能夠解決以上問題。Key 基于模型的設計;Embedded Coder;磁場定向算法;永磁同步電機;PIL:TP309 :A :1671-7597(2014)05-0053-01Matlab提供的基于模型設計平臺(Model Based Design,MBD),可以實現從需求分析到代碼驗證的整個開發(fā)過程,用戶可以建立系統級模型的仿真驗證,優(yōu)化系統參數,自動生成高效的目標器件專用代碼。利用Matlab提供的開發(fā)環(huán)境,用戶可以開發(fā)和驗證控制算法,成功的完成從算法的
10、設計驗證到自動生成代碼過程。1 電機控制系統開發(fā)流程在開發(fā)中,首先是通過文本需求建立可執(zhí)行文檔,在這一部分中,主要是建模,通過建??梢员苊鈧鹘y文本的弊端,通過可視化和可執(zhí)行化的模型避免文本需求的歧義和冗余。建模之后,為生成符合相關安全標準的代碼,需要對模型進行建模規(guī)范檢查,使用Simulink V&V工具集可自動完成這一流程。為驗證算法的正確性,模型檢查通過后,Matlab提供的System Test(系統測試)與Simulink DesignVerifier(設計驗證器)工具可以完成對控制系統的測試。模型測試后,使用Embedded coder工具生成嵌入式代碼,通過編譯連接生成目標代碼,下
11、載到處理器中做代碼的等效性測試,如處理器在環(huán)測試(PIL)等。通過這完整的流程,從文本需求到系統測試提供了一個統一的平臺,方便開發(fā)人員交流,極大的提高了開發(fā)的效率。2 建模規(guī)范檢查與測試模型出來并且可以編譯之后,首先要做建模標準檢查,這個過程使用工具Simulink Verification&Validation工具集提供的model advisor自動化的完成。Model Advisor可以理解模型的靜態(tài)檢查,用來驗證模型是否正確的搭建出來。這是建模檢查的第一步,對建立的模型進Model Advisor檢查,這在設計初期非常重要,用戶通過檢查,能夠找出模型中與建模標準或者安全標準不相符合的部
12、分,對模型中隱含的問題給予警告,并且指導用戶修改,是代碼生成前重要的工作。Model Advisor提供了常見的建模標準和安全標準供用戶選擇,同時通過API接口,用戶可以建立自己公司的建模標準。3 處理器在環(huán)測試圖1 PIL工作流程圖處理器在環(huán)測試是在Simulink中搭建被控對象的模型,而將控制器算法代碼下載到目標處理器中去執(zhí)行,通過串口或者網絡接口通信,對處理器和Simulink進行實時數據交換,這種硬件在環(huán)實時仿真技術可以反映控制器的實際工作情況,得到算法的執(zhí)行時間,便于及早的發(fā)現錯誤。其工作原理如圖1所示。PIL環(huán)節(jié)是基于模型設計中非常重要的環(huán)節(jié),因為系統控制系統模型的仿真只能驗證算法
13、的正確性,但是由于算法對處理器性能要求很高,算法的執(zhí)行時間直接關系到整個控制系統是否穩(wěn)定。在電機控制系統中,如果FOC算法的執(zhí)行算法的時間大于PWM的周期,則會導致整個系統無法工作。對于處理器在環(huán)測試設置比較復雜,所以為能夠完成自動化的測試,本文建立自動化的測試程序如下:set_param(model,ProdHWDeviceType,TexasInstruments-C2000,TemplateMakefile, ec_target.tmf, GenCodeOnly, off,.SimulationMode,processor-in-the-loop (pil)set_param(model
14、,CodeExecutionProfiling, on,.CodeExecutionProfileVariable,executionProfile,.CodeProfilingSaveOptions,AllData);save_system(sensorless_foc.slx)if exist(slprj,dir), rmdir(slprj,s); endsim(model)其中model為系統仿真的模型,通過上述程序既可以自動進行PIL測試。用戶運行profile(IDE_Obj,execution,report)即可以生成代碼實時運行的結果如圖2所示。圖2 PIL仿真結果圖4 總結基于
15、模型的設計優(yōu)勢在于算法的早期驗證,使得開發(fā)者可以將主要精力放在算法開發(fā)上,代碼則由Matlab自動生成,很好的提高工作效率。在實際的開發(fā)中,將算法生成為函數進行調用,一般底層驅動和控制流程使用匯編語言或者C手工編寫。如果通過Matlab對底層驅動建模則十分復雜,得不償失,控制流程開發(fā)也沒有C語言靈活。Reference1劉杰.基于模型的設計及其嵌入式實現M.北京:北京航空航天大學出版社,2010.2The MathWorks,Inc.Embedded coder6 Geting Started Guide,April 2011.3The MathWorks,Inc.Embedded coder
16、 6 Users Guide,April 2011.4The MathWorks,Inc.Stateflow 7 Geting Started Guide,April 2011.作者簡介王海濱(1988-),安徽蚌埠人,安徽理工大學在讀碩士研究生,研究方向:電力電子與電力拖動。endprint摘 要 隨著現代控制技術的發(fā)展,控制算法越來越復雜,控制算法的自動驗證和代碼自動生成已經成為趨勢。傳統的電機控制算法開發(fā)是系統仿真,編寫代碼,最后測試。采用傳統手工編程的方式去編寫復雜的控制算法,對于初學者來說難度非常大。對于算法設計人員來說,需要一種方法能夠解決以上問題。Key 基于模型的設計;Embe
17、dded Coder;磁場定向算法;永磁同步電機;PIL:TP309 :A :1671-7597(2014)05-0053-01Matlab提供的基于模型設計平臺(Model Based Design,MBD),可以實現從需求分析到代碼驗證的整個開發(fā)過程,用戶可以建立系統級模型的仿真驗證,優(yōu)化系統參數,自動生成高效的目標器件專用代碼。利用Matlab提供的開發(fā)環(huán)境,用戶可以開發(fā)和驗證控制算法,成功的完成從算法的設計驗證到自動生成代碼過程。1 電機控制系統開發(fā)流程在開發(fā)中,首先是通過文本需求建立可執(zhí)行文檔,在這一部分中,主要是建模,通過建模可以避免傳統文本的弊端,通過可視化和可執(zhí)行化的模型避免文
18、本需求的歧義和冗余。建模之后,為生成符合相關安全標準的代碼,需要對模型進行建模規(guī)范檢查,使用Simulink V&V工具集可自動完成這一流程。為驗證算法的正確性,模型檢查通過后,Matlab提供的System Test(系統測試)與Simulink DesignVerifier(設計驗證器)工具可以完成對控制系統的測試。模型測試后,使用Embedded coder工具生成嵌入式代碼,通過編譯連接生成目標代碼,下載到處理器中做代碼的等效性測試,如處理器在環(huán)測試(PIL)等。通過這完整的流程,從文本需求到系統測試提供了一個統一的平臺,方便開發(fā)人員交流,極大的提高了開發(fā)的效率。2 建模規(guī)范檢查與測試
19、模型出來并且可以編譯之后,首先要做建模標準檢查,這個過程使用工具Simulink Verification&Validation工具集提供的model advisor自動化的完成。Model Advisor可以理解模型的靜態(tài)檢查,用來驗證模型是否正確的搭建出來。這是建模檢查的第一步,對建立的模型進Model Advisor檢查,這在設計初期非常重要,用戶通過檢查,能夠找出模型中與建模標準或者安全標準不相符合的部分,對模型中隱含的問題給予警告,并且指導用戶修改,是代碼生成前重要的工作。Model Advisor提供了常見的建模標準和安全標準供用戶選擇,同時通過API接口,用戶可以建立自己公司的建
20、模標準。3 處理器在環(huán)測試圖1 PIL工作流程圖處理器在環(huán)測試是在Simulink中搭建被控對象的模型,而將控制器算法代碼下載到目標處理器中去執(zhí)行,通過串口或者網絡接口通信,對處理器和Simulink進行實時數據交換,這種硬件在環(huán)實時仿真技術可以反映控制器的實際工作情況,得到算法的執(zhí)行時間,便于及早的發(fā)現錯誤。其工作原理如圖1所示。PIL環(huán)節(jié)是基于模型設計中非常重要的環(huán)節(jié),因為系統控制系統模型的仿真只能驗證算法的正確性,但是由于算法對處理器性能要求很高,算法的執(zhí)行時間直接關系到整個控制系統是否穩(wěn)定。在電機控制系統中,如果FOC算法的執(zhí)行算法的時間大于PWM的周期,則會導致整個系統無法工作。對于處理器在環(huán)測試設置比較復雜,所以為能夠完成自動化的測試,本文建立自動化的測試程序如下:set_param(model,ProdHWDeviceType,TexasInstruments-C2000,TemplateMakefile, ec_target.tmf, GenCodeOnly, off,.SimulationMode,processor-in-the-loop (pil)set_param(model,CodeExecutionProfiling, on,.CodeExecutionProfileVariable
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