#基于dSPACE半实物仿真平台设计

有良好的过渡性和快速性，在短时间内可完成对所设计控制系统进行反复更改和试验，不仅节省了时间，费
用也大大降低。其次该平台可反复使用，在完成一个系统的设计和测试后，还可以用它进行其他系统的开发
或实时仿真测试。
参考文献：
［1］ 吉智，何凤有，窦春雨． 基于 Matlab / xPCTarget 的实时数据采集系统设计［J］． 工矿自动化，2009（ 5） ： 74 － 77．
2 实现
主机上采用 Simulink 搭建控制系统的数学模型、系统的控制策略开发和离线仿真。由于 Simulink 工具
箱内容丰富，包含各种系统的模块，并且自行设计的专用模块可通过封装添加到模块库中，因此搭建模型方
便、可行。利用 RTI （ Real-Time Interface） 作为连接 dSPACE 实时系统、目标机实时系统与软件开发工具 Mat-
半实物仿真将纯计算机仿真的高效性和采用实物试验的现场性有机结合，实现快速、准确地开发系统， 是 V 模式开发流程的关键技术［1］。自上世纪 60 年代问世以来，得到许多国家科研工作者和政府的重视。 美国主要的航天和国防承包商都有一个或多个半实物仿真试验室，这些实验室代表了当前世界先进水平。 在国内，鉴于半实物仿真技术具有开发周期短、产品质量高、开发成本低等特点，该技术在导弹制导、火箭控 制、卫星姿态控制等航空航天领域得到广泛应用，并达到较高水平。目前半实物仿真技术在工业、交通领域 逐步开始应用，而且正逐步成为汽车研究领域的热点。
［2］ WAHLQUIST H． Modulation broadening of unsaturated lorentzian lines［J］． Chem． Phys． 1961，35： 1708 － 1710． ［3］ ARNDT R． Analytical line shapes for lorentzian signals broadened by modulation［J］． Appl． Phys． 1965，36： 2522 － 2524． ［4］ 尹王保，赵建明，马维光，李昌勇，肖连团，贾锁堂． 单激光源谐波遥感探测甲烷研究［J］． 中国激光，2003，30 （ 10） ： 928 － 932． ［5］ TAKAYA I，HIDEO T，KIYOSHI K． A portable remote methane sensor using a tunable diode laser［J］． Meas． Sci． Technol． 2000，11，594 －
第 21 卷 第 6 期 2011 年 6 月
长春大学学报 JOURNAL OF CHANGCHUN UNIVERSITY
Vol． 21 No． 6 June 2011
基于 dSPACE 半实物仿真平台设计
李学军，张玲霞，马玉晶
（ 长春大学 电子信息工程学院，长春 130022）
摘 要：采用基于 dSPACE 半实物仿真技术和 Matlab 仿真软件开发半实物仿真平台。充分利用 MATLAB 软件中丰
化管理等。
利用 Matlab 软件中的 RTW 工具箱实现主机中 Simulink 模型
转化为目标机所需格式。RTW 提供的代码生成器可以方便准确地
将 Simulink 模型转化成实时代码格式、S 函数 / 加速器代码格式、实
时代码 malloc 格式、嵌入式代码格式四种代码。其中，实时代码格
式适用于快速原型化，支持信号监视和参数调节功能，而本仿真平
trol ［C］． Edmonton： IEEE Proceedings of the International Conference on Automation Science and Engineering，2005： 345 － 350． ［5］ 苗立东，邹广德． 基于 xPC 的汽车测控系统的开发［J］． 汽车工程，2008（ 3） ： 235 － 238．
富的工具箱、实时代码生成功能和与硬件的连接功能，开发半实物仿真平台，实现从设计到数学分析与仿真，从实
时仿真试验的实现到试验结果的监控和调节都可在这一平台上完成的功能。
关键词：dSPACE； Simulink； 硬件嵌入； 实时代码
中图分类号：TP391. 9
文献标志码：A
文章编号：1009 － 3907（2011）06 － 0004 － 02
图 1 仿真平台硬件结构图
图 2 半实物仿真平台
图中 dSPACE 装载控制器，该控制器是由主机基于 Matlab 软件设计的控制策略，通过 RTW 及编译器下
收稿日期：2011-04-13 基金项目：吉林省教育厅项目（ 20100566，2009-445） 作者简介：李学军（ 1968-） ，女，山东临沂人，副教授，博士，主要从事系统控制及仿真、鲁棒控制等先进控制理论研究及应用。
（上接第 5 页）
［3］ 郭宏志． 汽油发动机怠速工况下控制方法的研究［D］． 长春： 吉林大学，2009． ［4］ LOW K H，WANG Heng，WANG Y M，On the Development of a Real Time Control System by Using xPC-Target： Solution to Robotic System Con-
半实物仿真［2，3］又称硬件在环 （ Hardware-In-LooP，HIL） 仿真，是指在对某些系统的研究中，把数学和物理 模型、控制策略或实物联接起来一起进行试验，即对系统的一部分建立数学模型，进行计算机运算，实现数学仿 真； 将系统中另外某些部分或环节，如控制器或部分执行机构等以实物的形式引入仿真回路，连接成系统进行 试验、调试的过程。由于在回路中接入了实物，半实物仿真与纯计算机仿真相比更接近实际系统，对实时性要 求更符合实际情况，兼顾了物理仿真和数学仿真的共同优点，但也增加了仿真模型建立和仿真试验时间控制上 的难度［4，5］。本文基于 dSPACE 和两台计算机以及相应转换、驱动卡、网卡和 MATLAB 软件搭建半实物仿真平 台，利用该平台开发各种控制系统，可实现将系统（ 产品） 开发的各项功能与过程集成到一套平台中来完成。即 从设计到数学分析与仿真，从实时仿真试验的实现到试验结果的监控和调节都可在这一平台上完成。
602． ［6］ MICHAEL F，MICHAEL W，MARK A． Handheld laser-based sensor for remote detection of toxic and hazardous gases［C］． SPIE ： 4199 － 4205．
责任编辑：吴旭云
TDLAS-based methane telemetry technology
台需要的 xPC 目标正是基于此代码格式。在代码自动生成之前，
需要选择解法器的步长、设置不同类型目标的系统等。
3 半实物仿真步骤
图 3 dSPACE 系统的 ControlDesk 界面
在计算机上完 成 半 实 物 仿 真 过 程，一 般 需 要 经 过 以 下 几 个 步 骤：
（ 1） 创建 Simulink 模型———使用 Simulink 及控制、通信、鲁棒等工具箱建立 Simulink 模型。若需要自编 模块，采用用 C 代码编写 S 函数模块，满足 xPC 目标对代码格式的的要求。
（ 4） 创建和下载目标应用程序———选择 RTW Build，自动完成目标系统的实时 C 代码的生成、编译、连接 和下载。
（ 5） 程序运行Fra Baidu bibliotek参数调整———在 Simulink 的外部模式或 Matlab 命令行方式下运行实时仿真程序，在线 调整参数及在线控制。
4 结语
本文设计的半实物仿真平台是基于 dSAPCE 与 MTLAB 软件开发的，由于二者的无缝连接使得该平台具
1 半实物仿真平台硬件方案
本文所建的实验平台，主要包括控制器和被控系统两部分，控制器是加载控制算法的 dSPACE 系统，是 虚拟的控制器。被控制系统是 xPC-Target 实时环境，它可以是自己搭建 Matlab / Simulink 模型，也可以是专用 软件提供的专用模型。实验数据可以通过 dSPACE 上位机运行的综合管理的图形界面软件 ControlDesk 进 行记录和存储。实验运行及监控由 xPC Target 的主机完成。本实验平台可以完成离线仿真实验、硬件在回 路仿真实验。其硬件结构如图 1 所示，按图 1 结构搭建的半实物仿真平台如图 2 所示。
ZHANG Zhuo1 ，ZHANG Li-ying2 （ 1． College of Electronics and Information Engineering，Changchun University of Science and Technology， Changchun 130022，China； 2． College of Electronic Information Engineering，Changchun University，Changchun 130022，China）
Abstract： This article introduces a telemetry technology for concentration of gaseous methane based on TDLAS，analyzes the working principle of detection and the system composition． It focuses on the design of the optics unit to improve receiving efficiency． Experiments indicate that this technology can detect concentration of gaseous methane with high speed and sensitivity by using diffuse reflection rays． Keywords： methane sensor； TDLAS； second-harmonic detection
第6 期
李学军，等： 基于 dSPACE 半实物仿真平台设计
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载的。控制量通过 dSPACE 的 D / A 输出端控制目标机中嵌入的真实的执行装置（ 如真实的阀门、节气门 等） ； xPC-Target 实时仿真环境由主机和目标机组成，两机之间的通信由 TCP / IP 来实现。目标机中运行系统 模型，系统模型中嵌入真实部分或环节，这样可以实现控制算法在真实环节上的仿“真”实验。主机用于系 统模型搭建或运行系统的商业模型，通过 RTW 及 C 编译器将所建模型转化为可执行文件通过通信接口下 载到目标机； 在主机上还要进行控制算法的设计并且完成计算机仿真（ 纯放真） 及参数的调试、监控等任务。 目标机与实物通过采集卡相联系，将给定物理量和实物的实际物理量采集到目标机中，同时送控制器进行控 制。
（ 2） 从 xPC-Target 工具箱中选择实时仿真测试所需的 I / O、A / D、D / A 模块，以替代接入仿真回路实物的 各种信号，并对步长、仿真时间、采样时间等参数及目标系统文件进行设置。
（ 3） 设置需要跟踪和存档的信号———在外部模式对话框中设置需要跟踪、监视和存档的信号，选择虚拟 的监视器或实物，并对参数进行设置。
［2］ 常城． 汽车电子半实物仿真平台的研究［D］． 大连： 大连理工大学，2008．
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长春大学学报
第 21 卷
参考文献：
［1］ REID J，LABRIE D． Second-harmonic detection with tunable diode lasers—comparison of experiment and theory［J］． Appl Phys． B 1981，26： 203 － 210．
lab / Simulink 的纽带，可实现实时硬件代码的无缝自动下载，图 3 给出 dSPACE 系统的 ControlDesk 界面。使
用 Matlab 软件中 Simulink 设计控制器、建立仿真模型，利用 dSPACE 中的 RTI 实现转换并下载到实时硬件中
以后，ControlDesk 管理器将提供对试验过程的综合管理利用，实现对实时硬件的图形化管理及变量的可视