动力系统自动化设计技术概论

动力系统自动化设计技术概论(PPT78 页)
目标代码生成
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任务
数据 I/O
基于模型的设计流程
工程问题
数据分析, 建模与 可视化
行为／ 数学模型
算法／ 系统设计
与分析
系统仿真
பைடு நூலகம்
快速原型 代码生成 原型代码
实施 嵌入式系统
嵌入式代码
硬件在
回路仿真 测试
模型 对象与 环境模型/
MATLAB / Simulink是基本环境
• 工程计算的标准软件 • 基于模型的控制器设计 • 用Simulink对非线性动态系统仿真 • 大量与定义的图块
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Stateflow
• 描述有限状态机（控制逻辑）的交互式工具 • 集成于 MATLAB/Simulink • 对事件驱动系统进行仿真
计算机辅助控制系统设计
• 用于发动机电控单元开发的典型产品之一 是德国dSPACE公司开发的dSPACE实时仿 真系统[26]。它是基于MATLAB / Simulink /RTW的控制系统开发和半实物仿真的软硬 件工作平台，它将ECU的开发、编程、测 试集成在一个统一的环境下，从而可以加 速与简化开发流程，快速实现控制参数的 修改，并能与OSEK标准的实时操作系统链 接。
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例子: 发动机控制 – 在 Simulink中进行功能设计
• 标准的设计描述文件 • 仿真的基础 • 快速控制原型的基础 • 产品代码生成的基础 • 硬件在回路仿真的基础 • 控制单元开发人员的“可执行技术规范”
客户
厂商
报告生成
仿真
验证与优化 代码生成
测试向量
测试
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文档
快速控制 原型
硬件在 回路仿真
嵌入式系统
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设计流程中使用的工具
测量数据 工程问题
MATLAB
Control Toolboxes
数据分析, 建模与 可视化
控制系统 设计与分析
信号处理电路
输出
— —驱动电路
实时操作系统
控制功能代码编制
4 、硬件在环仿真（
HILS
）
控制对象仿真硬件研制 在环仿真
5、实验测试
测试监控平台设计
实验测试
通讯接口设计
数据库设计
6 、标定
工作模式选定
各工作模式下的
MAP 图标定
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汽车控制的解决方案
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当今的开发流程- V循环
功能设计
MATLAB/Simulink/SCtaatleibflroawtio/RnTW 建模与仿真的平台，首先用于离线仿真
把框图作为可执行的技术规范
快速控制原型
Hardware-in-the-Loop
行为模型
Simulink, Stateflow
xPC ，dSPACE MicroAutobox
RTW
快速原型
仿真
代码生成
嵌入式代码
嵌入式系统
TargetLink
硬件在 回路仿真
OSEK
dSPACE Simulator
在集成的设计环境中开发嵌入式系统
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电 控 单 元 的 开 发 流 程
1、建模及控制原理设计
控制对象建模
控制策略确定
离线仿真
2 、控制仿真
并行方式快速控制原型
（ RCP ）设计
控制器仿真硬件研制
控制对象仿真硬件研制
控制器原理仿真
3、 ECU 设计制造
硬件设计
软件设计
接口电路设计
控制器系统设计
输入
传感器选型
功能设计
标定
Rapid Prototyping
快速控制原型
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硬件在回路仿真 目标代码生成
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当今的开发流程
通用汽车公司的 燃料电池车欧宝 的开发流程
• 目标:在开发过程中使用统一的软硬件平台
– 在办公室作离线仿真 – 在实验室进行原型测试 – 在车上进行标定
动力系统自动化设计技术
ECU控制策略与实现
计算机辅助控制系统设计
• 快速地建立控制对象及控制器模型，并对整个控制 系统进行多次的、离线的及在线的试验来验证控制 系统软、硬件方案的可行性，这个过程称为 快速控 制原型（RCP）。
• 已设计完的控制器投入生产后，在投放市场前必须 对其进行详细的测试。现在普遍采用的方法就是： 在系统测试时，控制器是真实的，其余部分能采用 实际的产品就用实际的，不能采用实际的产品，就 采用实时数字模型来模拟控制器的外环境，进行整 个系统的测试，这个过程称为硬件在环仿真 （HILS）。
• MATLAB/dSPACE 被用于 ECU开发的所有阶段
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快速控制原型与硬件
在回路仿真
软件在回路
• 控制器与控制对象的功能仿真
原型控制器在回路
• 真实的原型控制器 • 虚拟仿真控制对象
EVM
硬件在回路
•真实的ECU •虚拟仿真控制对象
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当今的开发流程- V循环
功能设计
标定
快速控制原型
dSPACE 原型 实验室与车载测试的可靠方案 通过自动代码H生ar成dw工a具re可-in以-th在e几-L分oo钟p内把 框图变成实时的实验 多种规格的硬件 适用于不同的计算能力与I/O要求
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快速控制原型与硬件在回路 仿真
ECU开发商需要的工作
软件在回路仿真 原型控制器在回路仿真
功能错误 编程错误 编译器错误
硬件在回路仿真
ECU的购买者需要 在做实验时应用
实时响应问题
速度／内存问题
I/O 软件 结果的精度
算法模型
模型被修改, 细化，实施
设计与设计的方法 KNOW-HOW
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基于模型的控制系统设 计
测量的数据
模型
数据分析, 建模与可视化
控制对象 模型
控制系统 设计与分析
用户模型 环境模型 控制器模型
可执行的技术规范
使用者