控制模型的構(gòu)建
2004年5月A版
高級(jí)圖形建模工具已在電子業(yè)使用了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,問(wèn)題在于框圖只在設(shè)計(jì)的初始階段起作用,之后就深藏不露了。然而,軟件工具卻利用框圖來(lái)完成差不多全部的算法建模,甚至系統(tǒng)的圖形建模,然后生成可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的代碼。
航天和汽車等工業(yè)已在控制和信號(hào)處理系統(tǒng)中充分利用軟件工具,它們采用工具作系統(tǒng)建模和產(chǎn)生原型硬件的代碼,有些甚至使用工具來(lái)生成適合生產(chǎn)系統(tǒng)的軟件。最初,自動(dòng)生成的代碼用于原型機(jī)平臺(tái)或者PC,近年來(lái)的代碼生成變成一種更實(shí)用的為嵌入式硬件生成產(chǎn)品質(zhì)量代碼的方法�，F(xiàn)在,幾十萬(wàn)輛汽車的量產(chǎn)借助于這種方法生成的生產(chǎn)代碼。
除了汽車業(yè),航天應(yīng)用亦獲得成功的佐證。在這些工業(yè)部門內(nèi),安全因素處于絕對(duì)優(yōu)先的地位。有了機(jī)器生成代碼的保證,才有可能在從每行C或Ada語(yǔ)言的翻譯過(guò)程中避免軟件編程人員的人為影響。
目前使用的這類工具有Mathworks公司的Matlab和國(guó)家儀器(NI)公司的Matrixx等。它們?yōu)殚_發(fā)人員提供一種使用互連函數(shù)塊構(gòu)建系統(tǒng)圖形模型的方法。每個(gè)函數(shù)塊可代表一項(xiàng)數(shù)**算,例如乘法或加法,或者更復(fù)雜的函數(shù)例如快速傅里葉變換,甚至一種由某些結(jié)構(gòu)組成的許多低級(jí)塊構(gòu)建的函數(shù)。這種環(huán)境支持各種類型的框圖,某些框圖在動(dòng)態(tài)模擬物理系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)時(shí)處理連續(xù)時(shí)間的建模,而在數(shù)字控制設(shè)計(jì)中用分立時(shí)間建模。在這類工具中還有一種Stateflow工具,可讓用戶綜合各種狀態(tài)的機(jī)械框圖。
面向控制的系統(tǒng)需要來(lái)自實(shí)際環(huán)境的數(shù)據(jù),它有助于在單一環(huán)境下處理算法推導(dǎo)和系統(tǒng)建模時(shí)的數(shù)據(jù),甚至這是一個(gè)可執(zhí)行的規(guī)范。Mathworks公司的發(fā)言人認(rèn)為,這正是使用這些工具的最積極因素。
使用帶有代碼生長(zhǎng)的高級(jí)建模工具在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)往往遵循一種常用方法。典型地,開發(fā)過(guò)程先從高級(jí)模型的脫機(jī)模擬開始,接著是在特殊原型化硬件上開發(fā)原型,并且由有關(guān)供應(yīng)商提供軟件,例如dSpace公司提供這種支持,而Mathworks公司允許在實(shí)際環(huán)境數(shù)據(jù)下對(duì)模型作微調(diào)。在某種情況下,還可在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)取樣率和控制參數(shù)等作調(diào)整。
開發(fā)隊(duì)伍下一步要處理目標(biāo)硬件的問(wèn)題,往往它在存儲(chǔ)器和處理器功耗方面,具有比原型硬件更多的限制。在此階段應(yīng)該將高級(jí)模型交給工程師進(jìn)行代碼手編,或者采用dSpace公司的TargetLink、Mathwork公司的或NI公司的代碼發(fā)生器等工具來(lái)自動(dòng)生成生產(chǎn)質(zhì)量的代碼。
dspace公司認(rèn)為這種生產(chǎn)代碼的質(zhì)量與正規(guī)軟件工程師編寫的相同。
由Visual Solutions公司提供的VisSim是另一種建模和模擬環(huán)境,它的概念與Simulink相類似,但著重不同的市場(chǎng)范圍,主要面向工業(yè)控制。該公司認(rèn)為,自動(dòng)生成的代碼容易安裝到工業(yè)控制用的DSP中容量有限的片上存儲(chǔ)器中。對(duì)于采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的馬達(dá)用定點(diǎn)閉環(huán)控制器的實(shí)例,一個(gè)正交編碼的位置讀出系統(tǒng)代碼量,只占TI公司的TM320F2812工業(yè)控制D
