基于xPC-target的快速控制原型技术快速控制原型技术
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措施 CACSD(Computer Aided Control System
Design)
4.1 快速控制原型技术
基于MATLAB的快速控制原型系统开发构架
4.1 快速控制原型技术
MATLAB自动化代码生成工具
在MATLAB产品族中，自动化的代码生成工具主要有RealTime Workshop(RTW)和Stateflow Coder，这两种代码生成工 具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的状态图转换成 高效、优化的程序代码。利用RTW生成的代码简洁、可靠、易 读。目前RTW支持生成标准的C语言代码，并且具备了生成其 他语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下 载过程都是自动完成的。Mathworks公司针对不同的实时或非 实时操作系统平台开发了相应的目标选项，以配合不同的软、 硬件系统完成快速控制原型(Rapid Control Prototype)开发、 硬件在回路的实时仿真(Hardware-in-Loop)、产品代码生成等 工作。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的软件支撑环境：
Simulink
Stateflow
Stateflow Coder
Real-Time Workshop
Generic Real-Time Interface
Real-Time Target
Real-Time Target
Real-Time Workshop的体系结构
第四章 快速控制原型技术
1. 快速控制原型技术 2. xPC-target简介 3. xPC-target的安装和配置 4. xPC-target的基本使用方法 5. xPC-target的应用实例
4.1 快速控制原型技术
计算机控制系统的特点：
实时性（实时控制系统、实时信号处理、实时事件响应） 分布式、多级控制（系统互联） 测控系统的软件与硬件的相互依赖性 对计算机资源的要求苛刻 PC-based Control and DSP-Based Control 控制算法越来越复杂，要求越来越高 在测控系统软件开发过程中，软件工程的方法和工具软 件的使用 系统的可靠性和可维护性要求 系统功能越来越复杂，而要求开发周期越来越短 （Time to Market）
瀑布式开发过程
螺旋式开发过程
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
项目整体构思
选择软件开发工具 熟悉软件开发环境
控制软件的构思 编程
调试
分析控制对象
项目分整析体控制构对思象
数学模型
仿真
控制逻辑
运动学 动力学
在线测试 生成控制单元
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
开发人员的组成复杂（软件开发小组、控制系统设 计小组、硬件设计组、系统集成组、系统测试组） 小组之间的沟通存在着困难
RT-Lab
Windows/Matlab Windows Windows NT/QNX x86
windows RTTarget32
硬件组成
PC(SBC,PC104,CompactPCI) X86 CPU off-the-shelf I/O Board(Advantech,NI)
windows VxWorks AC-104,PCI Pro,AC-1000
windows
PharLap ETSFra bibliotekRT Series Hardware(PXI,NIDAQ)
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的软件支撑环境：
美国The Mathworks公司的Matlab/Simulink/RTW（包括RTW Windows Target 和xPC Target等等） 美国National Instruments公司的Labview RT/SIT和MatrixX 德国dSPACE公司的 ControlDesk 加拿大OPAL-RT公司RT-LAB Boeing公司的Easy 5 Visual Solution公司的VisSim/Real-TimePRO ……..
需要编制大量的软件开发与维护的文档，以方便沟 通
开发过程中的重复和反复是必要的和不可避免的， 但代价高，开发周期长
控制思想的实现、实施困难 软件的质量难以保证：测试、维护、升级的费用高
等等
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
控制理论与控制工程 控制理论与控制工程之间存在着鸿沟 解决的方法：技术措施（方法和工具）、组织管理
4.1 快速控制原型技术
控制系统的开发：
控制系统开发是一个复杂的过程。需要兼顾系统硬件以及软件 两个方面。为了处理控制系统开发过程的复杂性，开发者们总 结了一些主要的开发准则。控制系统开发可以借鉴软件工程中 使用的生命周期模型方法。生命周期模型定义了系统开发所遵 循的步骤。从初始的分析阶段到系统的设计、调试、维护、升 级，这些阶段构成了系统的开发周期。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术开发
控制理论
分析设计
建模与仿真
自动文档生成
自动测试
I/O接口库
自动代码生成
参数整定与数据的可视化 实时测试
基于MATLAB的快速控制原型系统开发流程
4.1 快速控制原型技术
RP快速原型技术（软件工程） RCP（Rapid Control Prototyping）的概念
快速控制原型技术就是指快速开发控制系统的过程。这种原 型系统包括快速控制原型软件和快速控制原型硬件。
其自动代码生成功能，使控制工程师不再需要程序员就 能把以自己熟悉的方块图表示的控制策略建立成可以执行的 代码，参数的调整以及信号的采集和分析都非常方便。其基 于商用现货(Commercial Off-The-Shelf)思想而采用现有成 熟的通讯和物理设备接口模块，使得控制工程师可以更灵活 更快速构造控制系统的硬件方案。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的硬件支撑环境:
名称
开发环境
RT Win Tgt XPC Target MatrixX
Windows/ Matlab Windows/ Matlab
Windows
Labview RT Windows
运行环境
host
target
Windows
Realtime kernel
Design)
4.1 快速控制原型技术
基于MATLAB的快速控制原型系统开发构架
4.1 快速控制原型技术
MATLAB自动化代码生成工具
在MATLAB产品族中，自动化的代码生成工具主要有RealTime Workshop(RTW)和Stateflow Coder，这两种代码生成工 具可以直接将Simulink的模型框图和Stateflow的状态图转换成 高效、优化的程序代码。利用RTW生成的代码简洁、可靠、易 读。目前RTW支持生成标准的C语言代码，并且具备了生成其 他语言代码的能力。整个代码的生成、编译以及相应的目标下 载过程都是自动完成的。Mathworks公司针对不同的实时或非 实时操作系统平台开发了相应的目标选项，以配合不同的软、 硬件系统完成快速控制原型(Rapid Control Prototype)开发、 硬件在回路的实时仿真(Hardware-in-Loop)、产品代码生成等 工作。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的软件支撑环境：
Simulink
Stateflow
Stateflow Coder
Real-Time Workshop
Generic Real-Time Interface
Real-Time Target
Real-Time Target
Real-Time Workshop的体系结构
第四章 快速控制原型技术
1. 快速控制原型技术 2. xPC-target简介 3. xPC-target的安装和配置 4. xPC-target的基本使用方法 5. xPC-target的应用实例
4.1 快速控制原型技术
计算机控制系统的特点：
实时性（实时控制系统、实时信号处理、实时事件响应） 分布式、多级控制（系统互联） 测控系统的软件与硬件的相互依赖性 对计算机资源的要求苛刻 PC-based Control and DSP-Based Control 控制算法越来越复杂，要求越来越高 在测控系统软件开发过程中，软件工程的方法和工具软 件的使用 系统的可靠性和可维护性要求 系统功能越来越复杂，而要求开发周期越来越短 （Time to Market）
瀑布式开发过程
螺旋式开发过程
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
项目整体构思
选择软件开发工具 熟悉软件开发环境
控制软件的构思 编程
调试
分析控制对象
项目分整析体控制构对思象
数学模型
仿真
控制逻辑
运动学 动力学
在线测试 生成控制单元
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
开发人员的组成复杂（软件开发小组、控制系统设 计小组、硬件设计组、系统集成组、系统测试组） 小组之间的沟通存在着困难
RT-Lab
Windows/Matlab Windows Windows NT/QNX x86
windows RTTarget32
硬件组成
PC(SBC,PC104,CompactPCI) X86 CPU off-the-shelf I/O Board(Advantech,NI)
windows VxWorks AC-104,PCI Pro,AC-1000
windows
PharLap ETSFra bibliotekRT Series Hardware(PXI,NIDAQ)
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的软件支撑环境：
美国The Mathworks公司的Matlab/Simulink/RTW（包括RTW Windows Target 和xPC Target等等） 美国National Instruments公司的Labview RT/SIT和MatrixX 德国dSPACE公司的 ControlDesk 加拿大OPAL-RT公司RT-LAB Boeing公司的Easy 5 Visual Solution公司的VisSim/Real-TimePRO ……..
需要编制大量的软件开发与维护的文档，以方便沟 通
开发过程中的重复和反复是必要的和不可避免的， 但代价高，开发周期长
控制思想的实现、实施困难 软件的质量难以保证：测试、维护、升级的费用高
等等
4.1 快速控制原型技术
传统控制系统设计方法：
控制理论与控制工程 控制理论与控制工程之间存在着鸿沟 解决的方法：技术措施（方法和工具）、组织管理
4.1 快速控制原型技术
控制系统的开发：
控制系统开发是一个复杂的过程。需要兼顾系统硬件以及软件 两个方面。为了处理控制系统开发过程的复杂性，开发者们总 结了一些主要的开发准则。控制系统开发可以借鉴软件工程中 使用的生命周期模型方法。生命周期模型定义了系统开发所遵 循的步骤。从初始的分析阶段到系统的设计、调试、维护、升 级，这些阶段构成了系统的开发周期。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术开发
控制理论
分析设计
建模与仿真
自动文档生成
自动测试
I/O接口库
自动代码生成
参数整定与数据的可视化 实时测试
基于MATLAB的快速控制原型系统开发流程
4.1 快速控制原型技术
RP快速原型技术（软件工程） RCP（Rapid Control Prototyping）的概念
快速控制原型技术就是指快速开发控制系统的过程。这种原 型系统包括快速控制原型软件和快速控制原型硬件。
其自动代码生成功能，使控制工程师不再需要程序员就 能把以自己熟悉的方块图表示的控制策略建立成可以执行的 代码，参数的调整以及信号的采集和分析都非常方便。其基 于商用现货(Commercial Off-The-Shelf)思想而采用现有成 熟的通讯和物理设备接口模块，使得控制工程师可以更灵活 更快速构造控制系统的硬件方案。
4.1 快速控制原型技术
快速控制原型技术的硬件支撑环境:
名称
开发环境
RT Win Tgt XPC Target MatrixX
Windows/ Matlab Windows/ Matlab
Windows
Labview RT Windows
运行环境
host
target
Windows
Realtime kernel