基于MATLAB的控制系統實時仿真平臺設計

　　摘要：針對現有控制系統設計方法開發周期長、費用高的問題，本文利用基于模型的軟件開發方式，以DSP和工業控制計算機為硬件，構建了能夠實現Simulink模塊自動代碼生成的、能完成針對任何復雜對象控制仿真的控制系統硬件在回路仿真平臺，解決了S函數封裝、控制應用程序模塊連接等關鍵問題，同時以直流電機速度控制為例，在完成Simulink全數字仿真的基礎上，利用該仿真平臺進行了半物理仿真，仿真結果證實了該平臺的有效性。

　　控制系統開發的一般流程是設計人員進行對象建模、控制算法設計、離線全數字仿真，之后將驗證過的控制算法于真實控制器中手動編程實現并進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，整個開發過程設計繁雜、周期長且調試困難^[1-2]。　　

?

　　隨著越來越多成熟的軟件工具的出現，以自動代碼生成技術為代表的基于模型的軟件開發方法逐漸興起，讓算法到嵌入式實時C代碼的生成一次成功，避免傳統開發要重復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自動代碼生成的軟件中優勢明顯。　　

?

　　本文正是利用MATLAB/RTW構建了適用于任何復雜被控對象的硬件在回路仿真系統，該系統能夠實現DSP/工控機環境下Simulink模型自動編譯與下載、仿真參數在線修改、仿真數據實時存儲等功能，以直流電機速度控制位對象的仿真結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的自動代碼生成環境，它能直接從Simulink仿真模型中產生優化的、可移植的和個性化的代碼，并根據目標系統配置自動生成多種環境下的可執行程序，支持的硬件包括如DSP、x86、PowerPC等系列CPU構建的計算機，軟件平臺如DOS、Windows、VxWorks、xPC、Linux等操作系統，甚至可以獨立運行于裸機上。利用RTW和自動代碼生成技術能夠避免軟件開發人員手工編制、調試程序這一復雜、反復的過程，從而縮短研發周期，提高產品質量。RTW的工作流程可分為四步：