(完整版)DSPACE应用简介

1、步孑文通乂李XT AT UrTAOTONCl UrflVKHSTTVdSPACE实时仿真平台软件环境及应用一、dSPACE 简介dSPAC改时仿真系统是由德国dSPAC公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统在实时环境下的开发及测试工作平台，实现了和MATLAB/Simulink的无缝连接。dSPACE实时系统由两大部分组成， 一是硬件系统，二是软件环境。其中硬件系统的主要特点是具有 高速计算能力，包括处理器和I/O接口等；软件环境可以方便地实现代码生成/下载和试验调试等工作。dSPACE具有强大的功能，可以很好地完成控制算法的设计、测试和实现，并 为这一套并行工程提供了一个

2、良好的环境。dSPACE的开发思路是将系统或产品开发诸功能与过程的集成和一体化， 即从一个产品的概念设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验到实验结果的监控和调节都可以集成到一套平台中来完成。dSPACE的软件环境主要由两大部分组成，一部分是实时代码的生成和下载软件RTI （ Real-Time Inteface）,它是连接 dSPACE统与 MATLAB/Simulink 纽带，通过对 RTWReal-Time Workshop）进行扩展，可以实现从 Simulink 模型到dSPACE实时硬件代码的自动下载。另一部分为测试软件，其中包含了综合实验与测 试环境（软件）ControlDesk、自动

3、试验及参数调整软件MLIB/MTRACE、PC与实时处理器通信软件CLIB以及实时动画软件 RealMotion等。二、dSPACE勺优点dSPACE实时仿真系统具有许多其它仿真系统具有的无法比拟的优点：1、dSPACE组合性很强。2、dSPACE的过渡性和快速性好 。由于 dSPACE和MATLAB的无缝连接，使 MATLAB用 户可以轻松掌握dSPACE的使用，方便地从非实时分析、设计过渡到实时的分析和设计上来， 大大节省了时间和费用。3、性能价格比高。dSPACE是一个操作平台，它可用于许多产品的开发或实时仿真测试， 而不是一物一用。dSPACE是基于PC机的 Windows操作系统，d

4、SPACE实时系统与主机的硬件接口使用标准 ISA总线，从而避免用户再投资别的设备。4、实时性好、可靠性高。基于这些优点，dSPACE已广泛应用于航空航天、发动机、机器人及工业控制领域。也正 是由于dSPACE这些优点的存在，使得控制系统的开发、产品型控制器的仿真测试变得更加 方便易行，大大加快了新产品的研制速度，也使控制算法及仿真测试方案的研究进入更高的境界。三、dSPAC印件环境介绍3.1 代码的生成及下载软件描述控制系统的 C代码可以由 Simulink方框图自动生成并下载到实时系统硬件中，这项工作主要由 MATLAB/ RTW与dSPACE系统中的 RTI来完成。RTI的使用方法就是用

5、图形方 式从dSPACE的RTI库中选定相应的I/O模型，将其拖放到用 Simulink搭建的系统模型方框图中，并指定I/O参数以完成对它的选定， 选定后，只要用鼠标点击一下对话框中的Build命令，RTI就会自动编译、下载并启动实时模型。另外， RTI还根据信号和参数产生一个变量文件，可以用dSPACE的试验工具软件如ControlDesk来进行变量的访问。当仿真系统比较复杂时，就需要 RTI- MP的帮助以完成多处理器系统的设计并建立多处理器网络结构。3.2 测试软件dSPACE提供的测试软件主要有：ControlDesk综合实验环境、MLIB/MTRACE实现自动试验及参数调整软件。1、

6、 ControlDeskControlDesk是dSPACE公司开发的新一代综合试验和测试软件工具，提供对试验过程的 综合管理，它可实现的功能包括：1）对实时硬件的可视化管理2）用户虚拟仪表的建立3）变量的可视化管理4）参数的可视化管理5）试验过程的自动化TbMu一T-xj WindorfInstrument 比丘3XfJOri6rhi上修国OmroMW三窗口2、MLIB/MTRACE利用MLIB和MTRACE可以大大增强 dSPACE实时系统的自动试验能力。使用这两个库可以在不中断试验的情况下从MATLAB直接访问dSPACE板上运行的应用程序中的变量。甚至无需知道变量的地址，有变量名就足够

7、了。这样就可以利用MATLAB的数字计算及图形能力进行顺序自动测试、数据记录和控制参数的优化。MLIB和MTRACE联合使用可组成一个完美的整体。有MATLAB强大的计算能力做支持，可以自动执行所能想到的任何试验。比如控制器的优化： 用MTRACE记录数据，然后将数据传送给 MATLAB MATLAB自动 计算出新的控制器参数，并通过MLIB送回处理器板或控制板，示意图如下图所示：总之，dSPACE是进行基于 Simulink模型半实物仿真和实时控制的首选工具，利用以上软件工具可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程如下图1所示。图1利用dSPACE实时仿真全过程四、dSPACEM

8、件体系介绍dSPACE勺硬件体系主要有以下几个部分构成：1、单板系统单板系统主要由 CPU与外围I/O集成部分以及 DS1103及DS1104处理器板等；2、组件系统组件系统则是由处理器板、I/O板、多处理器系统等几部分构成；3、其他硬件主要包括扩展箱、单主机多系统的连接板、连接器和LED板等，根据实验目的的不同会做 出相应的改变。五、利用dSPACEif行控制系统的开发我们在进行控制系统的开发时，常常需要面临许多难以解决的问题，而开发的时间却要 求愈来愈紧迫。由于制造过程中存在误差、老化及元器件装配等问题，对控制系统提出了相当高的可靠性要求；对控制性能越来越高的要求使控制算法也越来越复杂；并

9、行工程要求设计、实现、测试及生产准备同时进行；有时控制对象在开发过程中也在不断发生变化。由上述过程可以看出，传统的开发方法至少存在三个较大的问题：在对控制规律的控制特性或控制效果还没有一点把握的情况下，硬件电路已经制造了， 这时还不知道设计方案能在多大程度上满足要求，或者根本不能满足要求。由于采用手工编程，会产生代码不可靠的问题，这样在测试过程中对出现的问题，很难 确定是控制方案不理想还是软件代码有错误。更重要的是手工编程将会占用大量的时间，导致虽然有了控制方案，却要等待很长的时间才能对其进行验证和测试，从而在不知道方案是否可行的情况下就浪费了大量的时间、人力和物力，给开发带来了不必要的开支和

10、经济损失。即使软件不存在问题，如果在测试过程中发现控制方案不理想，需要进行修改，则新的 一轮工作又将开始。 大量的时间又将耗费在软件的修改和调试上。另外，由于涉及的部门和人员过多，再加上管理不善造成的种种不协调，导致开发周期长而又长。而用dSPACE提倡的基于模型面向应用的现代化开发方法则要有效的多。现代开发方法的最重要的特征就是计算机辅助控制系统设计(CACSD Computer-Aided Control System Design)。将计算机支持工具贯穿于控制系统开发测试的全过程。CACSD不仅仅是进行控制方案的设计和离线仿真，还包括实时RCP产品代码的生成和硬件在回路测试，这是一个完整

11、的流线型控制系统开发步骤。dSPACE为流线型控制系统的开发提供了一套 CACSD的工具包 CDP ( Control Development Package)。 CDP主要基于下列工具：1、MATLAB:用于进行模型的分析、设计、优化和数据的离线处理；2、Simulink:用来进行基于方框图的控制系统离线仿真；3、Real-Time-Workshop:用来从方框图模型直接生成C代码；4、dSPACE公司的RTI:用来使代码可以在单处理器目标系统中运行;5、dSPACE系列软件工具：用来对闭环试验进行交互操作；总之，利用CDP可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程。对大多数用户而

12、言，一般有以下几个步骤：步骤1:用线性或非线性方程建立控制对象的理论模型。该方程能用MATLAB的m-file格式或 Simulink方框图方式表示，以便于用MATLAB/Simulink进行动态分析。步骤2:用MATLAB工具箱设计原始控制方案。步骤3:用Simulink对控制方案进行离线仿真。步骤4：在Simulink框图中，从RTI库用拖放指令指定实时测试所需的I/O、A/D、D/A,并对其参数进行设置。步骤5:选才i RTW Build,自动完成目标 DSP系统的实时 C代码的生成、编译、连接和 下载。即使是复杂的大型控制系统，该过程也只需几分钟左右。步骤6:用ControlDesk试

13、验工具软件包与实时控制器进行交互操作，如调整控制参数，显示控制系统的状态、跟踪进程响应曲线等。步骤7:返回步骤 1。总之，利用 dSPACE可以把精力全神贯注于控制方案的构思，可以大大缩短开发周期。六、dSPACEEF发流程钱nN产dSPACE开发流程图如图所示，通过建模仿真等一系列过程，完成从概念设计到实物的转换，具体步骤如下: 第一步：使用 MATLAB/Simulink建立对象数学模型设计控制方案进行离线仿真；H -上 -r-, HU1 eVCFP 口。m。dSPACE第二步：保留需要下载到 dSPAC9的模块，用硬件接口关系代替原来的逻辑连接关系，并 对I/O进行配置，然后设定软硬件中断优先级；第三步：利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载，图示如下所示:MATLABS1MI L15KRTAVReT=居 InoTKNd SPACE* 硬件C代码C编译器目标代码用户C代码SPACE实时硬件Loader第四步：利用dSPACE行综合实验和测试环境七、心