Документация

Обзор

В этом примере сгенерируйте и проверьте код С из модели алгоритма управления, которую можно интегрировать с дополнительным встроенным программным обеспечением, требуемым взаимодействовать через интерфейс, чтобы проехать оборудование.

Вы будете использовать среду симуляции, чтобы смоделировать и проверить поведение системы блока управления приводом с обратной связью. Если поведение системы управления в спецификации, вы сгенерируете код С от моделей контроллеров. После осмотра кода вы оцените его функциональное поведение и время выполнения с помощью процессора в цикле (PIL) тестирование.

Чтобы упростить Тестирование с процессором в контуре обратной связи, вы выберете тестовые сигналы, чтобы осуществить модели контроллеров и установить ссылочные выходные параметры. Вы рассмотрите пример реализация PIL для процессора Texas Instruments™ F28335, который связывается с Simulink® на хосте - компьютере по последовательной связи. Можно использовать этот пример в качестве отправной точки, чтобы создать реализацию PIL для собственного процессора. Вы запустите модели контроллеров в режиме PIL, чтобы измерить время выполнения и проверить поведение при выполнении кода, работающего на встраиваемом процессоре против ссылки симуляции выходные параметры.

В итоговой реализации на встраиваемом процессоре вы интегрировали бы сгенерированный код С контроллера с дополнительным встроенным программным обеспечением, таким как периферийные устройства и прерывания, требуемые взаимодействовать через интерфейс с моторным оборудованием.

Примечания

Проверьте поведение через системную симуляцию

В этом разделе вы проверите контроллер в системной симуляции замкнутого цикла.

Испытательный стенд системной модели состоит из тестовых воздействий, встраиваемого процессора, силовой электроники и моторного оборудования и визуализации. Можно использовать системную модель, чтобы осуществить контроллер и исследовать ее ожидаемое поведение. Можно использовать следующие команды, чтобы выполнить модель, и график регистрировал сигналы.

open_system('rtwdemo_pmsmfoc_system')
sim('rtwdemo_pmsmfoc_system')
rtwdemo_pmsmfoc_plotsignals(logsout)

Графики показывают, что двигатель является стационарным, пока сигнал motor_on не верен. Двигатель затем вращается в разомкнутом цикле, пока известное положение не обнаруживается, который обозначается индексным импульсом энкодера. Контроллер затем переходы к операции замкнутого цикла и двигателю достигает скорости устойчивого состояния.

Исследуйте архитектуру модели

В этом разделе вы исследуете архитектуру модели включая то, как данные заданы, как контроллер разделен от испытательного стенда, и как контроллер планируется. Эта архитектура упрощает системную симуляцию, генерацию алгоритмического кода и Тестирование с процессором в контуре обратной связи.

Файл определения данных создает данные MATLAB®, требуемые для симуляции и генерации кода. Этот файл данных автоматически запущен в коллбэке PreLoadFcn модели места размещения тестирования системы.

edit('rtwdemo_pmsmfoc_data.m')

В модели места размещения тестирования системы встраиваемый процессор моделируется как комбинация периферийных устройств и программного обеспечения контроллера.

open_system('rtwdemo_pmsmfoc_system/Embedded Processor')

Программное обеспечение контроллера задано в отдельной модели. В этой модели подсистема Mode_Scheduler использует Stateflow®, чтобы запланировать различные режимы работы алгоритма Motor_Control.

open_system('rtwdemo_pmsmfoc')

В подсистеме Motor_Control сигналы датчика преобразованы в технические модули и переданы базовому алгоритму регулятора. Алгоритм регулятора вычисляет напряжения. Напряжения затем преобразованы в сигнал драйвера.

open_system('rtwdemo_pmsmfoc/Motor_Control')

Первичный закон о надзоре является ориентированным на поле контроллером. У контроллера есть внешний цикл низкого процента, который контролирует скорость и более высокий внутренний цикл уровня, который управляет током.

open_system('rtwdemo_pmsmfoc/Motor_Control/Field_Oriented_Controller')

Скоростной Контроллер внешний цикл выполняется как кратное Текущего времени Цикла управления. Можно просмотреть переменные MATLAB®, которые задают эти шаги расчета:

fprintf('High rate sample time = %f seconds\n', ctrlConst.TsHi)
fprintf('Low rate sample time  = %f seconds\n', ctrlConst.TsLo)

High rate sample time = 0.000040 seconds
Low rate sample time  = 0.005000 seconds

Заметьте, что самый высокий уровень в алгоритме регулятора составляет 25 кГц.

fprintf('High rate frequency = %5.0f Hz\n', 1/ctrlConst.TsHi)

High rate frequency = 25000 Hz

Сгенерируйте код С контроллера для интегрирования во встраиваемое приложение

В этом разделе вы сгенерируете и визуально осмотрите функцию кода С для контроллера.

Чтобы упростить интегрирование, модели контроллеров сконфигурированы в однозадачном режиме так, чтобы сгенерированный код мог быть вызван с помощью одного вызова функции. Это указатели на функцию ниже и более высокие уровни. Сгенерированная функция контроллера должна быть выполнена в шаге расчета высокого показателя.

Прототип функции задан в образцовых параметрах конфигурации, и порты ввода и вывода передаются в качестве аргументов. Можно просмотреть функциональную спецификацию для алгоритма регулятора.

mdlFcn = RTW.getFunctionSpecification('rtwdemo_pmsmfoc');
disp(mdlFcn.getPreview('init'))
disp(mdlFcn.getPreview('step'))

Controller_Init ( )
error = Controller ( motor_on, command_type, current_request, * sensors, * pwm_compare )

Посредством использования глобальной структуры в сгенерированном коде можно получить доступ к ориентированному на поле контроллеру пропорциональные и интегральные усиления. Эта глобальная структура задана в файле определения данных.

disp(ctrlParams.Value)
disp(ctrlParams.CoderInfo)

                            Current_P: 10
                            Current_I: 10000
                           Velocity_P: 0.0050
                           Velocity_I: 0.0150
                           Position_P: 0.1000
                           Position_I: 0.6000
                  StartupAcceleration: 1
                       StartupCurrent: 0.2000
                   RampToStopVelocity: 20
             AdcZeroOffsetDriverUnits: 2.2523e+03
                 AdcDriverUnitsToAmps: 0.0049
    EncoderToMechanicalZeroOffsetRads: 0
                        PmsmPolePairs: 4

Simulink.CoderInfo
    StorageClass: 'ExportedGlobal'
           Alias: ''
       Alignment: -1

Вы генерируете код С из модели можно следующим образом.

rtwbuild('rtwdemo_pmsmfoc')

### Starting build procedure for model: rtwdemo_pmsmfoc
### Generated code for 'rtwdemo_pmsmfoc' is up to date because no structural, parameter or code replacement library changes were found.
### Successful completion of build procedure for model: rtwdemo_pmsmfoc

Используйте сгенерированный отчет осмотреть файл сгенерированного кода C и проверить, что правильный шаг и функции инициализации были сгенерированы. Также проверьте, что структура параметра была создана как глобальная переменная.

Установите ссылочное поведение для моделей контроллеров

В этом разделе вы установите тестовые воздействия и ссылочный вывод, чтобы помочь проверить поведение и профилировать время выполнения во время Тестирования с процессором в контуре обратной связи. Вы заставите локальную копию моделей контроллеров затем загрузить набор сигналов тестового воздействия, которые осуществляют различные режимы в контроллере. Вы затем сконфигурируете модели контроллеров, чтобы присоединить эти регистрируемые сигналы к входным портам, выполнить модели контроллеров и регистрировать сигнал выходного порта к рабочей области.

Параметры конфигурации моделей контроллеров, используемых, чтобы установить ссылочное поведение и тестовую среду, изменятся, как описано ниже. Блоки и параметры раньше указывали, что проект моделей контроллеров и сгенерировать производственный код не изменится. Однако, чтобы не изменять любую часть установленных моделей контроллеров, сохраните модель и поменяйте ее имя на rtwdemo_pmsmfoc_local.slx.

save_system('rtwdemo_pmsmfoc','rtwdemo_pmsmfoc_local.slx')
close_system('rtwdemo_pmsmfoc_system',0);
close_system('rtwdemo_pmsmfoc',0);

Чтобы профилировать времена выполнения, выберите набор тестовых воздействий, которые выполнят пути интереса в контроллере. Один способ получить эти тестовые воздействия и ссылочный вывод состоит в том, чтобы регистрировать их из модели системной симуляции.

in.motor_on      = logsout.getElement('motor_on').Values;
in.command_type  = logsout.getElement('command_type').Values;
in.command_value = logsout.getElement('command_value').Values;
in.sensors       = logsout.getElement('sensors').Values;
display(in)

in = 

  struct with fields:

         motor_on: [1×1 timeseries]
     command_type: [1×1 timeseries]
    command_value: [1×1 timeseries]
          sensors: [1×1 struct]

Эти сигналы могут теперь быть присоединены к входным портам и импортированный в модели контроллеров, таким образом, что они могут выполниться непосредственно и независимо от системной модели. Преимущество этого подхода состоит в том, что модели контроллеров могут быть протестированы и проверены как автономный компонент, упростив повторное использование и интеграцию с другими системными моделями или испытательными стендами с обратной связью. Чтобы уточнить, или подготовиться, модели контроллеров для тестирования, изменяют его Параметры конфигурации, чтобы присоединить входные сигналы и логарифмические сигналы в рабочей области MATLAB®. Эти изменения могут быть внесены графически в диалоговом окне Параметров конфигурации модели, или программно как показано ниже.

set_param('rtwdemo_pmsmfoc_local',...
    'LoadExternalInput', 'on',...
    'ExternalInput', 'in.motor_on, in.command_type, in.command_value, in.sensors',...
    'StopTime','0.06',...
    'ZeroInternalMemoryAtStartup','on',...
    'SimulationMode', 'normal')
save_system('rtwdemo_pmsmfoc_local.slx')

Можно теперь выполнить модели контроллеров и построить сигнал, сопоставленный с PWM, Сравнивают выходной порт.

sim('rtwdemo_pmsmfoc_local')
controller_mode = logsout.getElement('controller_mode').Values;
pwm_compare_ref = logsout.getElement('pwm_compare').Values;
rtwdemo_pmsmfoc_plotpwmcompare(controller_mode, pwm_compare_ref)

Регистрируемый вывод будет использоваться в качестве ссылочного поведения для Тестирования с процессором в контуре обратной связи.

Заметьте, что график аннотируется информацией о режиме контроллера на каждом временном шаге. Эта информация о режиме будет полезна при интерпретации выполнения профильная информация.

Создайте реализацию PIL

В этом разделе вы будете изучать и использовать пример реализация PIL. Вы начнете путем рассмотрения необходимой как условие документации справки от Embedded Coder®. Вы затем скопируете пример реализация PIL в вашу локальную директорию и укажете его с Simulink®. Вы рассмотрите подход, используемый, чтобы разработать реализацию PIL, и можете исследовать связанные файлы, чтобы получить дополнительное понимание. Если вы будете использовать плату Spectrum Digital Inc. eZdsp F28335 с Компоновщиком Кода v4 и последовательная связь, вы сможете сконфигурировать эту реализацию PIL, чтобы непосредственно работать с моделями контроллеров. Если вы используете различный процессор, можно использовать эту реализацию PIL в качестве отправной точки, чтобы создать собственную реализацию.

Основные принципы создания пользовательской реализации PIL описаны в Создании Настройки Возможности соединения для Цели. Необходимо ознакомить себя с фундаментальным понятием использования rtiostream API, чтобы упростить связь между Simulink® (сторона хоста) и встраиваемым процессором (целевая сторона) во время Тестирования с процессором в контуре обратной связи. Обратите внимание на то, что Embedded Coder® обеспечивает драйверы стороны хоста для реализации TCP/IP по умолчанию (для всех платформ, поддержанных Simulink®), а также Windows® только версия для последовательной передачи. Создание сгенерированного кода выполняется с помощью make-файла, как описано в Настройке Make-файлов Шаблона. Чтобы создать реализацию PIL, необходимо будет выполнить несколько задач во встроенной среде включая запись коммуникационного драйвера целевой стороны, запись make-файла, чтобы создать сгенерированный код и автоматизацию загрузки и выполнения созданного исполняемого файла.

Используя вышеупомянутый подход, реализация PIL была создана для платы Spectrum Digital Inc. eZdsp F28335. Ниже сводные данные целевых компонентов API возможности соединения, используемых в этой реализации.

Реализация PIL была итеративно разработана на трех этапах. Ниже описание этих этапов и задач, выполняемых на этих этапах. Можно найти полезным следовать за аналогичным подходом при разработке собственной реализации PIL

Этап 1: Создайте приложение последовательной передачи с CCSv4

Этап 2: Реализуйте и протестируйте встроенный последовательный rtiostream и автоматизацию запуска с MATLAB®

Этап 3: Реализуйте и протестируйте настройку возможности соединения с Simulink®

Файлы, сопоставленные с этой реализацией PIL, включены с Embedded Coder®, но не находятся на пути MATLAB®. Чтобы исследовать эти файлы, можно скопировать их в локальную директорию. Можно указать эту реализацию PIL путем добавления этой директории в путь MATLAB® и обновления индивидуальных настроек Simulink®.

%copyfile(fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','rtwdemos','examplePilF28335'),'examplePilF28335','f')
addpath(genpath(fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','rtwdemos','examplePilF28335')))
sl_refresh_customizations

Настройки MATLAB® используются, чтобы указать информацию пути и хост последовательный номер COM-порта. Если вы используете эту реализацию PIL непосредственно, необходимо задать эти настройки как подходящие для настройки.

Обратите внимание на то, что настройка TI_F28xxx_SysSWDir указывает на директорию, предоставленную Техасом Instruments™ в их Прикладном программном обеспечении Экспериментатора C2000™ Кита (sprc675.zip). Эти файлы не включены с Embedded Coder®.

setpref('examplePilF28335','examplePilF28335Dir', fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','rtwdemos','examplePilF28335'));
setpref('examplePilF28335','CCSRootDir',          'C:\Program Files\Texas Instruments\ccsv4');
setpref('examplePilF28335','TI_F28xxx_SysSWDir',  'C:\Program Files\Texas Instruments\TI_F28xxx_SysSW');
setpref('examplePilF28335','targetConfigFile',    fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','rtwdemos','examplePilF28335','f28335_ezdsp.ccxml'));
setpref('examplePilF28335','baudRate',            115200);
setpref('examplePilF28335','cpuClockRateMHz',     150);
setpref('examplePilF28335','boardConfigPLL',      10);
setpref('examplePilF28335','COMPort',             'COM4');

Реализация PIL теперь готова использоваться.

Подготовьте модели контроллеров к тестированию с процессором в контуре обратной связи

В этом разделе вы сконфигурируете модели контроллеров, чтобы использовать реализацию PIL. Вы рассмотрите файл настройки, используемый, чтобы указать реализацию PIL, установить параметры конфигурации модели использовать реализацию PIL и позволять регистрировать контроллер выходные параметры и выполнение профильные данные.

Когда вы начнете симуляцию в режиме PIL, Simulink® будет проверять, допустима ли какая-либо из зарегистрированных реализаций PIL. Файл настройки задает, какие параметры конфигурации соответствуют допустимой реализации PIL. Можно исследовать файл настройки для этой реализации путем вызова следующей команды.

edit(fullfile(matlabroot,'toolbox','rtw','rtwdemos','examplePilF28335','sl_customization.m'));

Заметьте, что этот файл задает установку для аппаратного устройства и make-файла шаблона, которые требуются, чтобы использовать эту реализацию PIL. Можно изменить параметры конфигурации в моделях контроллеров, чтобы совпадать с этими настройками. Эти изменения могут быть внесены графически в диалоговом окне Параметров конфигурации модели, или программно как показано ниже.

set_param('rtwdemo_pmsmfoc_local',...
       'ProdHWDeviceType', 'Texas Instruments->C2000',...
       'TemplateMakefile', 'ec_target.tmf',...
       'GenCodeOnly', 'off',...
       'SimulationMode', 'processor-in-the-loop (pil)')

Можно указать собирающееся выполнение профильная информация во время Тестирования с процессором в контуре обратной связи путем журналирования выходных значений симуляции как переменной pilOut и журналирования выполнения профильная информация как переменная executionProfile. Эти изменения могут быть внесены графически в диалоговом окне Параметров конфигурации модели, или программно как показано ниже.

set_param('rtwdemo_pmsmfoc_local',...
    'CodeExecutionProfiling', 'on',...
    'CodeExecutionProfileVariable','executionProfile',...
    'CodeProfilingSaveOptions','AllData');
save_system('rtwdemo_pmsmfoc_local.slx')

Модели контроллеров теперь готовы быть запущенными в режиме PIL.

Протестируйте поведение и время выполнения сгенерированного кода

В этом разделе вы запустите модели контроллеров в режиме PIL и исследуете поведенческое и результаты профилирования выполнения. Вы проверите, что поведение скомпилированного кода контроллера совпадает со ссылочным поведением симуляции, и затем проверьте, что подписание кода удовлетворяет требования синхронизации.

Можно запустить модель и построить результаты PIL симуляции. Когда вы запустите модель впервые, Embedded Coder® сгенерирует код для алгоритма, соединит код алгоритма с кодом последовательного интерфейса, создаст встраиваемое приложение, загрузит приложение на плату и начнет симуляцию на цели. Обратите внимание на то, что во время последующих PIL симуляций, код только регенерирован, если модель изменяется. Из-за издержек, сопоставленных с последовательным интерфейсом, PIL симуляция может запуститься медленнее, чем модель в режиме normal mode.

Команды MATLAB® ниже намеренно комментируются, когда они требуют связи с оборудованием и использования встроенных средств разработки, описанных ранее. Если вам соединили оборудование и встроенные установленные средства разработки, не комментируете и выполняете эти строки, чтобы запустить модель, построить результаты и проверить, что поведение численно эквивалентно симуляции, запускающейся в режиме normal mode. В противном случае продолжите рассматривать этот раздел, чтобы узнать об аналитических опциях выполнения PIL.

% UNCOMMENT THE BELOW LINES TO RUN THE SIMULATION AND PLOT THE RESULTS
% if exist('slprj','dir'), rmdir('slprj','s'); end
% sim('rtwdemo_pmsmfoc_local')
% pwm_compare_pil = logsout.getElement('pwm_compare').Values;
% rtwdemo_pmsmfoc_plotpwmcompare_pil(controller_mode, pwm_compare_pil, executionProfile)

Верхним графиком является вывод контроллера, PWM Выдерживают сравнение. Обратите внимание на то, что выходные параметры в режиме PIL выглядят одинаково как выходные параметры симуляции в режиме normal mode, показанном в разделе "Establish Reference Behavior for Controller Model". Можно вычесть выходные параметры симуляции режима normal mode от симуляции режима PIL вывод, чтобы проверить, что они численно эквивалентны:

% UNCOMMENT THE BELOW LINE TO VERIFY NUMERICAL EQUIVALENCE OF THE OUTPUTS
% pilErrorWithRespectToReference = sum(abs(pwm_compare_pil.Data - pwm_compare_pil.Data))

pilErrorWithRespectToReference =

   0     0     0

Более низкий график является потраченным выполнением количества времени моделей контроллеров на каждом шаге времени симуляции. "Стенд" по состоянию требует наименьшего количества времени. Маленькие периодические скачки во время выполнения происходят, потому что контроллер является многоскоростным и одним управлением задачами. Периодические скачки соответствуют времени, требуемому запускать и базовую ставку и 5 кодов уровня миллисекунды в той же задаче.

Поскольку контроллер должен быть выполнен на уровне 25 кГц на встраиваемом процессоре, алгоритм должен завершить свое выполнение в течение 40 микросекунд (минус дополнительные требования высоты другим кодом, который может также выполняться на итоговом приложении.) Профильные результаты показывают, что алгоритм выполнится в течение времени, выделенного для этой настройки встроенной среды.

Сгенерированный код теперь проверяется, чтобы обеспечить численно эквивалентные результаты и удовлетворяет требования синхронизации выполнения для этого теста.

close_system('rtwdemo_pmsmfoc_local',0);
close_system('power_utile',0);

Настройки MATLAB®, используемые в этой реализации PIL, являются персистентными между сеансами MATLAB®. Если вы хотите удалить эти настройки, запустить следующие команды.

rmpref('examplePilF28335');
rmexamplePilF28335hooks();

Заключение

Этот пример показал симуляцию уровня системы и генерацию алгоритмического кода с помощью Ориентированного на поле Алгоритма управления для Постоянного магнита Синхронная Машина, чтобы исследовать функциональное поведение алгоритма регулятора. Это также показало общий подход для целевого интегрирования, функционального тестирования и профилирования выполнения для любого встраиваемого процессора. Если алгоритм был поведенчески правилен, код был сгенерирован от моделей контроллеров, протестировал на целевом процессоре и профилировал. Код алгоритма теперь проверяется и может быть интегрирован со встроенным программным обеспечением, которое взаимодействует через интерфейс с моторным оборудованием для дальнейшего тестирования.