基于MATLAB的控制系统实时仿真平台设计

　　摘要：针对现有控制系统设计方法开发周期长、费用高的问题，本文利用基于模型的软件开发方式，以DSP和工业控制计算机为硬件，构建了能够实现Simulink模块自动代码生成的、能完成针对任何复杂对象控制仿真的控制系统硬件在回路仿真平台，解决了S函数封装、控制应用程序模块连接等关键问题，同时以直流电机速度控制为例，在完成Simulink全数字仿真的基础上，利用该仿真平台进行了半物理仿真，仿真结果证实了该平台的有效性。

　　控制系统开发的一般流程是设计人员进行对象建模、控制算法设计、离线全数字仿真，之后将验证过的控制算法于真实控制器中手动编程实现并进行硬件在回路的半物理仿真，这就涉及到代码编写、软件校验测试等工作，整个开发过程设计繁杂、周期长且调试困难^[1-2]。　　

 

　　随着越来越多成熟的软件工具的出现，以自动代码生成技术为代表的基于模型的软件开发方法逐渐兴起，让算法到嵌入式实时C代码的生成一次成功，避免传统开发要重复多次才能成功的弊端。而MATLAB/RTW工具更是以其可靠性高、组建灵活等特点在众多能实现自动代码生成的软件中优势明显。　　

 

　　本文正是利用MATLAB/RTW构建了适用于任何复杂被控对象的硬件在回路仿真系统，该系统能够实现DSP/工控机环境下Simulink模型自动编译与下载、仿真参数在线修改、仿真数据实时存储等功能，以直流电机速度控制位对象的仿真结果也证实了该平台的有效性。

　　RTW与自动代码生成

　　RTW(Real-time Workshop)是MATLAB的重要组成部分^[3][4]，或者说是一个基于MATLAB/Simulink的自动代码生成环境，它能直接从Simulink仿真模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标系统配置自动生成多种环境下的可执行程序，支持的硬件包括如DSP、x86、PowerPC等系列CPU构建的计算机，软件平台如DOS、Windows、VxWorks、xPC、Linux等操作系统，甚至可以独立运行于裸机上。利用RTW和自动代码生成技术能够避免软件开发人员手工编制、调试程序这一复杂、反复的过程，从而缩短研发周期，提高产品质量。RTW的工作流程可分为四步：