控制模型的构建
2004年5月A版
高级图形建模工具已在电子业使用了相当长的时间,问题在于框图只在设计的初始阶段起作用,之后就深藏不露了。然而,软件工具却利用框图来完成差不多全部的算法建模,甚至系统的图形建模,然后生成可自动实现该系统的代码。
航天和汽车等工业已在控制和信号处理系统中充分利用软件工具,它们采用工具作系统建模和产生原型硬件的代码,有些甚至使用工具来生成适合生产系统的软件。最初,自动生成的代码用于原型机平台或者PC,近年来的代码生成变成一种更实用的为嵌入式硬件生成产品质量代码的方法。现在,几十万辆汽车的量产借助于这种方法生成的生产代码。
除了汽车业,航天应用亦获得成功的佐证。在这些工业部门内,安全因素处于绝对优先的地位。有了机器生成代码的保证,才有可能在从每行C或Ada语言的翻译过程中避免软件编程人员的人为影响。
目前使用的这类工具有Mathworks公司的Matlab和国家仪器(NI)公司的Matrixx等。它们为开发人员提供一种使用互连函数块构建系统图形模型的方法。每个函数块可代表一项数**算,例如乘法或加法,或者更复杂的函数例如快速傅里叶变换,甚至一种由某些结构组成的许多低级块构建的函数。这种环境支持各种类型的框图,某些框图在动态模拟物理系统和机械系统时处理连续时间的建模,而在数字控制设计中用分立时间建模。在这类工具中还有一种Stateflow工具,可让用户综合各种状态的机械框图。
面向控制的系统需要来自实际环境的数据,它有助于在单一环境下处理算法推导和系统建模时的数据,甚至这是一个可执行的规范。Mathworks公司的发言人认为,这正是使用这些工具的最积极因素。
使用带有代码生长的高级建模工具在设计控制系统时往往遵循一种常用方法。典型地,开发过程先从高级模型的脱机模拟开始,接着是在特殊原型化硬件上开发原型,并且由有关供应商提供软件,例如dSpace公司提供这种支持,而Mathworks公司允许在实际环境数据下对模型作微调。在某种情况下,还可在运行过程中对取样率和控制参数等作调整。
开发队伍下一步要处理目标硬件的问题,往往它在存储器和处理器功耗方面,具有比原型硬件更多的限制。在此阶段应该将高级模型交给工程师进行代码手编,或者采用dSpace公司的TargetLink、Mathwork公司的或NI公司的代码发生器等工具来自动生成生产质量的代码。
dspace公司认为这种生产代码的质量与正规软件工程师编写的相同。
由Visual Solutions公司提供的VisSim是另一种建模和模拟环境,它的概念与Simulink相类似,但着重不同的市场范围,主要面向工业控制。该公司认为,自动生成的代码容易安装到工业控制用的DSP中容量有限的片上存储器中。对于采用脉宽调制(PWM)技术的马达用定点闭环控制器的实例,一个正交编码的位置读出系统代码量,只占TI公司的TM320F2812工业控制D
