贝加莱 Matlab/SIMULINK开发工具的建模与实现

今天，无论是OEM机械制造业还是大型过程控制项目对于机器自动化程度的需求在不断提高，对于自动化系统的开发需求也越来越苛刻。除了产品系列的变化，还包括功能需求的变化以及适用生产范围的变化，而这些变化有时候往往跨度较大，工程师们必须面对各种变化的需求设计开发出不同的产品和系统方案。

如何使得机器的设计更加自动化？这是一个非常值得探讨的问题。目标、对象、方法与工具是能够更好完成项目的关键，谁能够提供这样的自动化功能并用实际的应用来证明？什么方式更为清晰？什么工具更为有效？——这些如何与自动化更好的结合，使机器的设计更加自动化？

V型模式

V型模式是由需求分析、规范说明、概要设计、详细设计、编码、单元测试、集成测试、系统测试、验收测试等多个环节构成，并且在V字型的横向上一一对应，如：验收测试对应与需求分析阶段的内容，系统测试则对应于规范说明单元的内容，集成测试对应于概要设计的内容。

V型开发模式提供了一个很好的软件项目开发与测试的模型，使整个项目更为清晰有序地进行，并且严格地控制了软件项目的质量。

自上世纪80年代后期V型开发模式开始被广泛使用。在德国，采用V型模式做为软件开发与测试的标准模式，在奥地利与瑞典等国家，V型模式同样作为一个重要的标准与规范而广为使用。目前，V型模式已经广泛应用于汽车制造业、电力行业的水轮机、汽轮机设计与风力发电机组、大型变压器、工程机械与港口机械以及军事领域的太空探测器、雷达、定位系统等。

MATLAB/SIMULINK集成在V型开发模式中

目前，由Mathworks公司提供的MATLAB/SIMULINK是最为广泛使用的建模与软件测试工具。B&R系统同样也支持Matlab/SIMULINK仿真模型的导入，它将仿真模型导入到Automation Studio这个开发工具中，使仿真系统可以在B&R控制器上进行硬件的仿真及系统功能的测试。

Matlab/SIMULINK可按系统内在的物理关联设计完整的复杂系统，可使传感器、控制器、机械单元、操作机构等构成一个整体。系统的各个组成部分在Matlab/SIMULINK中是以模块化的方式来构建的，可调用各种标准控制模型或自定义控制模型。各模型间相互关联成为一个整体，并通过仿真过程得到优化的系统参数。通过自动代码生成的功能，Matlab/SIMULINK的仿真模型可生成工程实例的代码，这种代码的效率可与人工代码相媲美，这就是为什么Matlab/SIMULINK被广泛使用的原因。

带来的益处

1.自动代码生成，节省开发周期

对于复杂算法的设计，自动代码生成是比较具有吸引力的。因为复杂的算法必须是一个经过测试的算法模型，通过人工编写的代码，可能需要反复的调试才能使用，而通过Matlab/SIMULINK生成的代码是使用经过无数次测试的代码生成器得出的代码，具有极高的可用性，并且通过MATLAB/SIMULINK提供的代码只需要较少的调试时间。

2.系统仿真测试可直接应用于控制器

如果仿真的结果不能直接连到控制器中进行测试，而需要重新编写代码，就会造成人工的巨大浪费。而如果控制器可以直接接收来自MATLAB/SIMULINK的测试代码，那么就可以节省很多时间。

3.系统测试可以降低实际机器调试的成本

对于机械系统而言，尤其是新机型的开发，如印刷机的调试，需要使用很多纸张或印刷材料。像包装机械、轮胎机械，都意味着需要巨大的调试成本。但通过仿真后的测试则会大量地降低调试成本，更重要的是，有些测试不仅仅是需要巨大的成本，还需要有时机——例如：在风力发电项目中遇到恶劣天气而引发的Safety动作，这个时机指的是现场并非随时都能获得25级风力，这就是为什么F1要投入巨大的费用在风洞测试上。

4.机器的改型设计更加简单

对于MATLAB/SIMULINK而言，新机器的更高性能或者机器的新增功能将无需再进行复杂的测试，就可以快速的实现，这样对于新机型的设计来说，就可以很好的利用原有模型，而只增加一些新的电气开关或者传感器，或提升性能等级。对于那些需要开发机器的系列产品和机器的长远规划来说，这种方式就非常简单了。

因此，B&R对于MATLAB/SIMULINK的支持有着巨大的优势，特别是在机械设计领域，这意味着客户可以建立更为有效的自身的开发平台。

Automation Studio——集成开发环境是关键

集成开发环境是一个很关键的因素，它能够将所有的控制对象完整的集成在一个开发平台上，否则，所谓的集成开发就是空洞的。而B&R Automation Studio很好的满足了这一关键需求，能够面向整个控制系统的硬件对象——HMI、PLC、I/O、Motion、Hydraulic、Safety等等，这样就包括了整个机器控制所需的对象，并能够接收仿真的结果去实现机器的功能。
Automation Studio支持MATLAB/SIMULINK工具箱

下面列出了AS软件所支持的SIMULINK工具箱，都是机械设备领域控制系统开发所需的工具包软件，也都很常用。

l Stateflow工具箱——用于生成代码

l C-MEXs函数箱

l 控制系统工具箱

l 信号处理工具箱

l 嵌入式m-files

l 模糊控制工具箱

l 更多
总之，对于开发者来说，Matlab/SIMULINK是一个非常强大的开发工具，可以使机器的设计更加自动化。