貝加萊Matlab/SIMULINK開發(fā)工具的建模與實(shí)現(xiàn)

今天，無論是OEM機(jī)械制造業(yè)還是大型過程控制項(xiàng)目對于機(jī)器自動(dòng)化程度的需求在不斷提高，對于自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)需求也越來越苛刻。除了產(chǎn)品系列的變化，還包括功能需求的變化以及適用生產(chǎn)范圍的變化，而這些變化有時(shí)候往往跨度較大，工程師們必須面對各種變化的需求設(shè)計(jì)開發(fā)出不同的產(chǎn)品和系統(tǒng)方案。

如何使得機(jī)器的設(shè)計(jì)更加自動(dòng)化？這是一個(gè)非常值得探討的問題。目標(biāo)、對象、方法與工具是能夠更好完成項(xiàng)目的關(guān)鍵，誰能夠提供這樣的自動(dòng)化功能并用實(shí)際的應(yīng)用來證明？什么方式更為清晰？什么工具更為有效？——這些如何與自動(dòng)化更好的結(jié)合，使機(jī)器的設(shè)計(jì)更加自動(dòng)化？

V型模式

V型模式是由需求分析、規(guī)范說明、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試、驗(yàn)收測試等多個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，并且在V字型的橫向上一一對應(yīng)，如：驗(yàn)收測試對應(yīng)與需求分析階段的內(nèi)容，系統(tǒng)測試則對應(yīng)于規(guī)范說明單元的內(nèi)容，集成測試對應(yīng)于概要設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

V型開發(fā)模式提供了一個(gè)很好的軟件項(xiàng)目開發(fā)與測試的模型，使整個(gè)項(xiàng)目更為清晰有序地進(jìn)行，并且嚴(yán)格地控制了軟件項(xiàng)目的質(zhì)量。

自上世紀(jì)80年代后期V型開發(fā)模式開始被廣泛使用。在德國，采用V型模式做為軟件開發(fā)與測試的標(biāo)準(zhǔn)模式，在奧地利與瑞典等國家，V型模式同樣作為一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范而廣為使用。目前，V型模式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、電力行業(yè)的水輪機(jī)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、大型變壓器、工程機(jī)械與港口機(jī)械以及軍事領(lǐng)域的太空探測器、雷達(dá)、定位系統(tǒng)等。

MATLAB/SIMULINK集成在V型開發(fā)模式中

目前，由Mathworks公司提供的MATLAB/SIMULINK是最為廣泛使用的建模與軟件測試工具。B&R系統(tǒng)同樣也支持Matlab/SIMULINK仿真模型的導(dǎo)入，它將仿真模型導(dǎo)入到Automation Studio這個(gè)開發(fā)工具中，使仿真系統(tǒng)可以在B&R控制器上進(jìn)行硬件的仿真及系統(tǒng)功能的測試。

Matlab/SIMULINK可按系統(tǒng)內(nèi)在的物理關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)完整的復(fù)雜系統(tǒng)，可使傳感器、控制器、機(jī)械單元、操作機(jī)構(gòu)等構(gòu)成一個(gè)整體。系統(tǒng)的各個(gè)組成部分在Matlab/SIMULINK中是以模塊化的方式來構(gòu)建的，可調(diào)用各種標(biāo)準(zhǔn)控制模型或自定義控制模型。各模型間相互關(guān)聯(lián)成為一個(gè)整體，并通過仿真過程得到優(yōu)化的系統(tǒng)參數(shù)。通過自動(dòng)代碼生成的功能，Matlab/SIMULINK的仿真模型可生成工程實(shí)例的代碼，這種代碼的效率可與人工代碼相媲美，這就是為什么Matlab/SIMULINK被廣泛使用的原因。

帶來的益處

1.自動(dòng)代碼生成，節(jié)省開發(fā)周期

對于復(fù)雜算法的設(shè)計(jì)，自動(dòng)代碼生成是比較具有吸引力的。因?yàn)閺?fù)雜的算法必須是一個(gè)經(jīng)過測試的算法模型，通過人工編寫的代碼，可能需要反復(fù)的調(diào)試才能使用，而通過Matlab/SIMULINK生成的代碼是使用經(jīng)過無數(shù)次測試的代碼生成器得出的代碼，具有極高的可用性，并且通過MATLAB/SIMULINK提供的代碼只需要較少的調(diào)試時(shí)間。

2.系統(tǒng)仿真測試可直接應(yīng)用于控制器

如果仿真的結(jié)果不能直接連到控制器中進(jìn)行測試，而需要重新編寫代碼，就會(huì)造成人工的巨大浪費(fèi)。而如果控制器可以直接接收來自MATLAB/SIMULINK的測試代碼，那么就可以節(jié)省很多時(shí)間。

3.系統(tǒng)測試可以降低實(shí)際機(jī)器調(diào)試的成本

對于機(jī)械系統(tǒng)而言，尤其是新機(jī)型的開發(fā)，如印刷機(jī)的調(diào)試，需要使用很多紙張或印刷材料。像包裝機(jī)械、輪胎機(jī)械，都意味著需要巨大的調(diào)試成本。但通過仿真后的測試則會(huì)大量地降低調(diào)試成本，更重要的是，有些測試不僅僅是需要巨大的成本，還需要有時(shí)機(jī)——例如：在風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目中遇到惡劣天氣而引發(fā)的Safety動(dòng)作，這個(gè)時(shí)機(jī)指的是現(xiàn)場并非隨時(shí)都能獲得25級風(fēng)力，這就是為什么F1要投入巨大的費(fèi)用在風(fēng)洞測試上。

4.機(jī)器的改型設(shè)計(jì)更加簡單

對于MATLAB/SIMULINK而言，新機(jī)器的更高性能或者機(jī)器的新增功能將無需再進(jìn)行復(fù)雜的測試，就可以快速的實(shí)現(xiàn)，這樣對于新機(jī)型的設(shè)計(jì)來說，就可以很好的利用原有模型，而只增加一些新的電氣開關(guān)或者傳感器，或提升性能等級。對于那些需要開發(fā)機(jī)器的系列產(chǎn)品和機(jī)器的長遠(yuǎn)規(guī)劃來說，這種方式就非常簡單了。

因此，B&R對于MATLAB/SIMULINK的支持有著巨大的優(yōu)勢，特別是在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這意味著客戶可以建立更為有效的自身的開發(fā)平臺(tái)。

Automation Studio——集成開發(fā)環(huán)境是關(guān)鍵

集成開發(fā)環(huán)境是一個(gè)很關(guān)鍵的因素，它能夠?qū)⑺械目刂茖ο笸暾募稍谝粋€(gè)開發(fā)平臺(tái)上，否則，所謂的集成開發(fā)就是空洞的。而B&R Automation Studio很好的滿足了這一關(guān)鍵需求，能夠面向整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件對象——HMI、PLC、I/O、Motion、Hydraulic、Safety等等，這樣就包括了整個(gè)機(jī)器控制所需的對象，并能夠接收仿真的結(jié)果去實(shí)現(xiàn)機(jī)器的功能。

Automation Studio支持MATLAB/SIMULINK工具箱

下面列出了AS軟件所支持的SIMULINK工具箱，都是機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域控制系統(tǒng)開發(fā)所需的工具包軟件，也都很常用。

l Stateflow工具箱——用于生成代碼

l C-MEXs函數(shù)箱

l 控制系統(tǒng)工具箱

l 信號處理工具箱

l 嵌入式m-files

l 模糊控制工具箱

l 更多

總之，對于開發(fā)者來說，Matlab/SIMULINK是一個(gè)非常強(qiáng)大的開發(fā)工具，可以使機(jī)器的設(shè)計(jì)更加自動(dòng)化。