V模式开发流程课件

1、就控制系统的研发而言，技术人员必须面对两个基本问题：在开发的初始阶段，快速建立控制对象和控制器模型，并对整个控制系统进行多次离线和在线测试，以验证控制系统软硬件解决方案的可行性，即使用快速控制原型(RCP)进行功能测试和检查。通过快速控制原型检验设计，可以消除早期设计中引入的大部分错误和缺陷，便于制定详细的后续设计规范，降低项目的技术风险。当控制器被设计并投入生产时，在投入市场之前必须进行详细的测试。如果用传统的测试方法对真实物体或环境进行测试，将需要大量的人员、设备和资金投入，并且由于周期长，在极端条件下很难进行测试。测试重复性差，可记录和可分析的测试结果差。目前，常用的方法是：在产品上市之

2、前，使用真实的控制器，用实时数字模型对被控对象或系统运行环境进行部分仿真，并对整个系统进行仿真测试，即硬件在环仿真(HILS)。一般来说，控制器产品的开发一般包括以下几个部分：(1)根据调研，用文字明确要求和设计目标，并根据经验和相关参考提出系统的结构设计；硬件人员设计和制造硬件电路。控制工程师设计控制方案，并以方程的形式描述控制规律。软件人员使用手工编程来实现控制规律。系统工程师或电子专家将代码集成到硬件电路中，并用真实的控制对象或测试平台测试产品。为了满足越来越紧迫的工期，R&D大部分单位采用了并行工作的方法，即并行工程。在这个过程中，控制系统本身的复杂性和质量要求以及R&D要求的变化(如

3、被控对象的变化，这在大规模系统设计中非常常见)使得控制器的设计需要随时进行适当的调整，这通常是基于对成形产品零件的综合实验测试。事实上，传统的控制器设计过程往往具有一定的盲目性。由于集成控制系统的闭环测试只能在整个系统的全部或大部分部件都已样机化后才能进行，因此在产品开发的后期会逐渐出现很多问题，造成很大的麻烦，例如硬件电路的制作没有掌握控制规律的控制特性或控制效果，但是设计方案在多大程度上能够满足要求还没有得到确认，或者根本不能满足要求，但是却产生了大量的硬件投资资金。有一个问题是手工编程会导致代码不可靠。如果在测试过程中出现问题(这在大多数情况下是不可避免的)，很难确定控制方案是否不理想或

4、软件编码错误。此外，手工编程费时费力，再次验证和测试控制方案设计需要很长时间。如果方案不合适，就意味着前期投资的浪费和高开发风险。即使软件编程没有问题，如果在测试中发现控制方案不能令人满意，需要修改，就应该开始新一轮的改进工作。大量时间将花费在软件修改和调试上。此外，由于涉及的部门多，管理不善带来的各种不协调，开发进度经常被延误。因此，虽然产品已经开发成功，但最初的市场需求已经改变，商机已经错过，开发仍然以失败告终。V型开发过程中，现代V型依赖于计算机辅助控制系统设计(CACSD)，计算机支持工具贯穿于控制系统开发和测试的全过程。计算机不仅可以辅助控制系统设计、方案设计和离线仿真，还可以用于实

5、时快速控制原型、产品代码生成和硬件在环测试。在这里，“V”代表“验证”和“确认”，从而形成了一套严谨、完整的系统开发方法，一般包括以下几个阶段：第一阶段是功能需求的定义和控制方案的设计。在传统的方法中，这个过程的产物是几千个词甚至几万个词。在现代方法中，为了避免对文本描述的歧义和误解，详细描述将采用模型模式，该模式可由信号流图(Simulink模型)定义。在控制方案的设计中，不是将对象模型简化成一个可以手动处理的形式，然后根据经验进行手动设计，而是利用计算机辅助建模分析软件如MATLAB/SIMULINK来建立对象的模型，并进行离线仿真，从而避免了传统设计过程中由于对象过于简单化而导致设计方案

6、不能满足实际对象要求的尴尬局面。根据现代设计方法，第二阶段快速控制原型(RCP)不需要等待软件工程师的编程和后续的代码与硬件的集成，而是利用计算机辅助设计工具将控制方案框图自动转换成代码，并自动下载到硬件开发平台，从而快速实现控制系统的原型。原型包括各种实时特性，如实际系统中的输入/输出、软件和硬件中断。然后，利用计算机辅助测试管理工具软件进行各种测试，验证控制方案对实际对象的控制效果，在线优化控制参数。此时，即使模型需要大规模修改，也只需要几分钟就可以重新形成测试原型。这样，在最终实现控制方案之前，可以基本确定最终的方案和效果，避免资源和时间消耗的过度浪费。第三阶段，代码生成，传统手工编程容

7、易引入缺陷，速度慢；现代开发方法不同，大多数产品代码都是由机器自动生成的。对于大多数工程师来说，如果开发速度可以加快，那么损失一部分代码的实时运行效率是可以接受的，而且机器会自动编码，这样就很容易避免各种人为错误。在硬件在环仿真(HILS)的第四阶段，必须对控制产品的初始样本进行全面测试，以验证产品和实际指标要求，尤其是在故障条件和极端条件下的测试。然而，如果使用实际的控制对象进行测试，许多环境条件将无法实现，或者将付出高昂的代价。现代开发方法中的计算机辅助设计工具(软件/硬件)将再次发挥作用，HILS方法和工具可用于各种条件下的测试，尤其是在故障和极端条件下。这在传统的开发方法中是不可用的。第五阶段，系统集成测试/校准，产品控制器制造完成后，需要与其他子系统连接，形成一个完整的闭环，进行全面详细的测试，以确认产品满足各种设计指标和要求定义。这个阶段的主要困难是其他子系统还没有准备好，不能集成到并行开发过程中。HILS的应用可以替代闭环系统中不存在或难以获得的部分，用数学模型模拟