控制系统数字化设计平台-单项论证报告matlab

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1、单项论证之：控制系统数字化设计平台型号规格：MATLAB/Simulink1.建设的必要性传统XXX控制系统设计更多地依赖经验，在现有控制器的基础上结合设计指标，做一些调整之后，将控制器在样机上实现并做简单测试。这种开发流程的缺点在于：1、在设计阶段，没有充分地把XXX系统融入XXX过程中考虑并进行设计、验证和测试，导致设计缺陷只有在系统晚期集成阶段才能被发现。这样一是会造成时间和资源的浪费，限制开发效率；二是受可用资源的限制，无法充分调试并找到最佳设计方案，最终影响整个XXX系统性能。2、控制系

2、统设计手段和控制算法架构陈旧。主要表现在：一、缺乏完整精确的被控对象模型，没有充分考虑XXX环境和XXX机构中的摩擦力、齿轮间隙等非线性因素；二、现有XXX控制器是基于PID的XXX结构，没有系统地考量机构中的非线性因素以及实际XXX负载变化，限制了XXX系统对XXX的控制能力，影响XXX的机动性和灵活性。为了克服以上缺点，我所决定引入基于模型的开发理念，实现开发流程的革新。基于模型的开发流程如图1所示，主要阶段分为：1.需求定义：根据需求确定控制系统的具体设计指标；2.系统设计：根据需求建立系统

3、的理想模型，验证需求的是否可实现，并根据理想模型确定子系统级设计需求；3.子系统设计：根据子系统级需求，设计各子系统模型，通过数字仿真和快速原型等测试手段验证子系统级设计方案；4.子系统实现：利用子系统模型，逐步实现各子系统，通过模型在回路（MIL）、软件在回路（SIL）、处理器在回路（PIL）等测试方法确保子系统实现的正确性；5.子系统级测试与集成：通过半实物仿真（HIL）测试，利用早期数字仿真模型，对实现的各子系统进行功能、性能、容错性等方面的测试；6.系统级测试与集成：通过半实物仿真（HIL

4、）测试，将各子系统联合调试，验证系统级设计方案；7.全系统级测试与集成：系统集成完成最终产品并对最终产品测试。图1基于模型的开发流程在基于模型的开发流程中，针对需求和方案的测试和验证贯穿始终，强调使用系统数字模型，用来免除基于文档的交接中存在的歧义。这些模型出了在明显的算法设计阶段发挥作用，更重要的是在各阶段的测试和验证中，提供统一的测试环境，使得开发流程前后一致，保持整体性和系统性。采用这样的开发流程设计舵机系统，在设计初期即对控制器模型进行充分的测试和验证，能够及早发现设计的错误和缺陷，最大限

5、度的节约设计成本，保证设计出满足需求的最佳设计方案。1.建设方案结合基于模型的开发流程，舵机伺服控制系统数字化设计平台用于实现如下伺服控制系统开发流程：图2控制系统开发流程示意图1、明确控制系统设计指标：根据系统总体需求，明确控制系统的对应需求和设计指标2、研究被控对象：根据1建立精确的被控对象系统仿真模型，分析被控对象性质；3、提炼控制模型：根据2中的仿真模型和分析结果，确定被控变量、控制变量和可测输出变量（用于反馈）等，提取出控制器设计模型；4、设计控制器：根据1、2、3确定控制器的结构（三环

6、结构、多自由度控制、处理不同工况的控制逻辑等），确定是否有必要引入对摩擦、齿轮间隙等非线性环节的前馈补偿，是否需要对量测数据设计软件滤波器等；选择合适的控制设计方法，力图采用最简单的算法保证闭环稳定性、鲁棒性，计算、调整并优化控制器参数，给出控制器模型；5、分析控制回路性能：将4中得到的控制器模型与2中的被控对象仿真模型形成闭环，通过数字仿真确定控制回路是否满足要求，若不满足视情况按4、3、2、1的顺序选择适当的步骤进行迭代设计；6、控制器实现与测试：结合硬件选型，逐步将6中的理想控制算法（高精度

7、）变成最终的控制器硬件，这些步骤包括：a)模型测试与验证：结合1中的需求和指标，确定控制器模型是否满足功能要求；同时需要测试模型的覆盖度，避免将调试用的附加模型实现到产品中；b)RCP（快速控制原型）：将控制算法下载到实时硬件中，检查控制算法的功能、逻辑、通讯行为等；c)MIL（模型在回路）：将控制器模型定标（实现定点化模型），与仿真模型联合测试，对应需求和指标，确定定点化的控制算法是否仍满足要求（主要是定点化过程中的精度损失）；d)SIL（软件在回路）：将定点化的控制器模型转换成标准C代码，与仿

8、真模型联合测试，对应1中需求和指标，测试生成的代码是否满足要求（如算法精度和逻辑等），同时测试代码的性能、覆盖度、运时错误等；e)PIL（处理器在回路）：将标准C代码针对控制器硬件编译成为可执行的嵌入式代码，并下载到处理器芯片中，与仿真模型联合测试，对应1中需求和指标，测试生成的嵌入式代码是否满足要求（如实时性、存储器占用情况等）；f)HIL（硬件在回路）：将处理器芯片集成到控制器硬件环境中，测试整个控制器硬件是否满足要求。测试和验证的思想贯穿以上整个流程，每向最终产品迈进一步，都