一個(gè)實(shí)例講解基于模型設(shè)計(jì)

1、一個(gè)例子講解一個(gè)例子講解Simulik基于模型設(shè)基于模型設(shè)計(jì)計(jì)Dynamic 四川大學(xué)2014年05月14日MATLAB技術(shù)論壇 http:/1、基于模型設(shè)計(jì)簡介、基于模型設(shè)計(jì)簡介1.1 什么是基于模型設(shè)計(jì)什么是基于模型設(shè)計(jì)1.2 為什么要基于模型設(shè)計(jì)（傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的弊端）為什么要基于模型設(shè)計(jì)（傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的弊端）1.2 為什么要基于模型設(shè)計(jì)為什么要基于模型設(shè)計(jì)（技術(shù)革新創(chuàng)造價(jià)值）（技術(shù)革新創(chuàng)造價(jià)值）1.2 為什么要基于模型設(shè)計(jì)為什么要基于模型設(shè)計(jì)（航空航天面臨的挑戰(zhàn)）（航空航天面臨的挑戰(zhàn)）1.3 如何進(jìn)行基于模型設(shè)計(jì)如何進(jìn)行基于模型設(shè)計(jì)2 基于模型設(shè)計(jì)實(shí)例基于模型設(shè)計(jì)實(shí)例2.1 創(chuàng)建需求文檔

2、創(chuàng)建需求文檔對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目，一般需要建立文件形式的需求文檔并提交給設(shè)計(jì)人員，需求文檔一般是以下格式的電子文檔：WORDEXCELHTMLDOORS2.2 搭建搭建仿真建模仿真建模設(shè)計(jì)工程是根據(jù)需求文檔，使用Simulink & Stateflow建立可執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范（模型），用來實(shí)現(xiàn)需求文檔中描述的功能和算法，這個(gè)模型主要是為了確定算法的可行性，為將來的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，不涉及具體的硬件。2.3 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化迭代優(yōu)化根據(jù)需求文檔建立起來的模型，可能并不滿足設(shè)計(jì)要求，工程師需要不停的迭代，設(shè)計(jì)出符合安全、性能、可靠的系統(tǒng)，這個(gè)過程中Simulink為我們提供了很多工具，比如，對(duì)于飛行控制領(lǐng)

3、域：1.Control System Toolbox2.Model Predictive Control Toolbox3.Mode-Based Calibration Toolbox4.Robust Control Toolbox5.System Identification Toobox6.Simulink Control System7.Simulink Optimization Design另外在設(shè)計(jì)迭代過程中，可能需要編寫一些功能測試案例，這些案例可以另外在設(shè)計(jì)迭代過程中，可能需要編寫一些功能測試案例，這些案例可以保留到模型測試和代碼測試保留到模型測試和代碼測試。2.4 需求需求一致

4、性檢查一致性檢查基于模型設(shè)計(jì)一個(gè)重要特征，設(shè)計(jì)全過程中不斷的跟蹤和驗(yàn)證，文檔中每一條需求都與一個(gè)或多個(gè)模塊關(guān)聯(lián)，同時(shí)模塊中每一個(gè)模塊都與一個(gè)或多個(gè)需求關(guān)聯(lián)。若在仿真過程中發(fā)現(xiàn)，存在某些需求不可達(dá)到，設(shè)計(jì)人員可以刪除或增加新的模塊，再通過需求一致性檢查，反映在需求文檔中。2.5 模型模型助手檢查助手檢查很多領(lǐng)域?qū)υO(shè)計(jì)模型有行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，比如DO-178b，IEC61508、MAAB等安全規(guī)范。Model Advisor可以檢查模型的設(shè)計(jì)和配置是否導(dǎo)致仿真錯(cuò)誤、代碼無效、系統(tǒng)不可靠等。2.6 生成生成測試用例測試用例Simulink Design Verifier自動(dòng)生成測試用例，可達(dá)到滿意的模型

5、覆蓋率以及用戶定義的目標(biāo)，同時(shí)Design Verifier還可以生成驗(yàn)證模型屬性以及生成反例：（1）生成測試用例，驗(yàn)證模型覆蓋度，不能用于功能測試（2）驗(yàn)證模型的屬性，并給出反例，比如，某個(gè)參數(shù)必定在指定范圍（3）識(shí)別模型中無效的模塊，比如，無法執(zhí)行到的模塊（4）測試用例和模型覆蓋度報(bào)告Simulink Design Verifier只能生成用于驗(yàn)證模型覆蓋和屬性的用例，至于功能測試用例必須人工編寫。另外Design Verifier很多限制條件，在很多情況下無法自動(dòng)生成測試用例。因此在進(jìn)行測試用例生成之前，需要進(jìn)行兼容性檢查2.7 覆蓋覆蓋度分析度分析模型覆蓋度分析可用于分析測試用例的有效

6、程度，檢查結(jié)果是一個(gè)百分比，他表示一個(gè)測試用例作為模型的輸入，仿真以后通路占所有通路的比例。2.8 生成生成定點(diǎn)數(shù)模型定點(diǎn)數(shù)模型進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)信號(hào)處理能簡化電路，可以使得運(yùn)算簡單、提高速速，另外很多嵌入式系統(tǒng)不支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。而定點(diǎn)數(shù)中數(shù)據(jù)是有限字長，很容易引入量化誤差，產(chǎn)生溢出。Fixed-Point Advisor工具進(jìn)行字長自動(dòng)標(biāo)定，將模型從浮點(diǎn)轉(zhuǎn)化成定點(diǎn)，長生初始定標(biāo)來調(diào)整模型參數(shù)，為模型和數(shù)據(jù)配置初始定標(biāo)，針對(duì)浮點(diǎn)模型來驗(yàn)證初始定標(biāo)結(jié)果，并未代碼生成做準(zhǔn)備。Fixed Point Tool工具進(jìn)一步優(yōu)化定標(biāo)，它只對(duì)模型中已經(jīng)設(shè)置為定點(diǎn)數(shù)的變量進(jìn)行分析和操作，并可以為嵌入式代碼優(yōu)化定標(biāo)、折

7、衷精度范圍，使數(shù)據(jù)不溢出。2.9 代碼代碼自動(dòng)生成自動(dòng)生成Simulink自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)C/C+代碼，然后驗(yàn)證生成的代碼是否符合要求。以及模型和代碼之間的相互追蹤。2.10 軟件相關(guān)測試軟件相關(guān)測試軟件在環(huán)測試（軟件在環(huán)測試（SIL）：）： Visual C+或者Lcc編譯器將代碼編譯成mex文件 通過S函數(shù)的方式在Simulink模型中調(diào)用mex文件 測試代碼和用于代碼生成的模型功能是否一致處理器在環(huán)測試（處理器在環(huán)測試（PIL）：）： 使用目標(biāo)編譯器將代碼編譯成目標(biāo)處理器上可以運(yùn)行的文件 通過編譯器提供的接口將編譯后的文件下載到目標(biāo)版上運(yùn)行文件 測試生成的代碼在目標(biāo)處理器上運(yùn)行的功能和對(duì)應(yīng)模型功能一致 測量生成的代碼在目標(biāo)處理器上的運(yùn)行時(shí)間硬件在環(huán)測試（硬件在環(huán)測試（HIL）：）：控制算法模型生成代碼并集成到控制器中，被控對(duì)象模型生成代碼并運(yùn)行到工控機(jī)中，將控制器和工控機(jī)通過線束和信號(hào)調(diào)理電路連接起來 2.11 產(chǎn)品優(yōu)化剖析產(chǎn)品優(yōu)化剖析（1）Simulink profiler，剖析代碼實(shí)