V模式開發(fā)流程

1、控制系統(tǒng)研發(fā)而言，技術人員要面對兩類基本問題：,在開發(fā)的初期階段，快速地建立控制對象及控制器模型，并對整個控制系統(tǒng)進行多次的、離線的及在線的試驗來驗證控制系統(tǒng)軟、硬件方案的可行性，即利用快速控制原型（RCP）進行功能測試和檢驗。以快速控制原型檢驗設計，可排除大多數(shù)早期設計中引入的錯誤和缺陷，方便制定詳細的后續(xù)設計規(guī)范，降低項目的技術風險。,在控制器設計完成并付諸生產時，必須在投放市場前進行詳細的測試。如果按傳統(tǒng)測試方法，用真實的對象或環(huán)境進行測試，無論是人員、設備還是資金都需要較大的投入，而且周期長，不易進行極限條件下的測試，試驗的可重復性差，所得測試結果可記錄性及可分析性都較差。目前普遍采用

2、的方法是：在產品上市之前，采用真實的控制器，被控對象或者系統(tǒng)運行環(huán)境部分采用實際的物體，部分采用實時數(shù)字模型來模擬，進行整個系統(tǒng)的仿真測試，即硬件在回路仿真（HILS）。,一般來說，控制器產品的開發(fā)一般包括以下幾部分內容： 根據(jù)調查情況用文字說明的方式定義需求和設計目標 根據(jù)經驗和相關參考提出系統(tǒng)的結構設計；由硬件人員設計并制造硬件電路 控制工程師設計控制方案，并將控制規(guī)律用方程的形式描述出來，由軟件人員采用手工編程的方式實現(xiàn)控制規(guī)律 由系統(tǒng)工程師或電子專家將代碼集成于硬件電路中用真實控制對象或測試臺架對產品進行集成測試。,為了滿足越來越緊迫的工期要求，研發(fā)單位大多采用并進式的工作方法，即并行

3、工程。在此過程中，控制系統(tǒng)本身的復雜性和質量要求以及研發(fā)需求發(fā)生的變化（如被控對象發(fā)生變化這在大系統(tǒng)設計中非常常見），使得控制器的設計必須隨時做出合適的調整，這些調整通常都基于對已經形成的產品部分的集成實驗測試。,實際上，傳統(tǒng)的控制器的設計過程往往存在一定的盲目性。因為只有在整個系統(tǒng)中所有或大部分的零部件形成樣機后，才能進行集成控制系統(tǒng)的閉環(huán)測試，很多問題在產品開發(fā)的后期階段才逐漸凸現(xiàn)出來，這樣就造成了很大的麻煩，例如可能會：,在對控制規(guī)律的控制特性或控制效果缺乏把握的情況下，硬件電路已經制造了，而此時還未能確認設計方案能在多大程度上滿足要求，抑或根本就不能滿足要求但已產生了較大的硬件投入資本

4、。 存在手工編程會產生代碼不可靠的問題。在測試過程中如果出現(xiàn)問題（在大多數(shù)情況下這是必然的），就很難確定是控制方案不理想還是軟件編碼錯誤。而且手工編程費時費力，要等很長時間才能再次對控制方案設計進行驗證和測試，如果方案不合適，就意味著前期投入的浪費，開發(fā)風險很高。 即使軟件編程不存在問題，如果在測試中發(fā)現(xiàn)控制方案不理想，需要進行修改，則又要開始新的一輪改進工作。大量的時間又將耗費在軟件的修改和調試上。另外，由于涉及的部門多，再加上管理不善所引入的種種不協(xié)調，導致開發(fā)進度頻繁延期，結果產品雖然研制成功，但市場初始需求已經發(fā)生變更，商業(yè)機會錯失，開發(fā)以仍以失敗告終,V模式開發(fā)流程,現(xiàn)代化的V模式依

5、托計算機輔助控制系統(tǒng)設計（CACSD：Computer-Aided Control System Design），將計算機支持工具貫穿于控制系統(tǒng)開發(fā)測試的全過程。計算機不僅可以輔助控制系統(tǒng)設計，進行方案設計和離線仿真，還用于實時快速控制原型、產品代碼生成和硬件在回路測試。這里“V”代表著“Verification”和“Validation”，這樣就形成一套嚴謹完整的系統(tǒng)開發(fā)方法，一般包含以下幾個階段：,第一階段 功能需求定義和控制方案設計,在傳統(tǒng)方法中，這一過程的產物就是幾千字甚至幾萬字的文字說明。在現(xiàn)代方法中為了避免文字說明的模糊性及理解性錯誤，詳細說明將采用模型方式，可以用信號流圖的方式（

6、Simulink模型）進行定義。 控制方案的設計也不再采用過去的那種先將對象模型簡化成手工可以處理的形式，再根據(jù)經驗進行手工設計的方式，而是用諸如MATLAB/SIMULINK等計算機輔助建模及分析軟件建立對象盡可能準確的模型，并進行離線仿真，從而避免了傳統(tǒng)設計過程中，對象過于簡化帶來的設計方案無法滿足實際對象要求的尷尬局面。,第二階段 快速控制原型（RCP）,按現(xiàn)代設計方法，方案設計結束后，無須等待軟件工程師的編程和隨后的代碼硬件集成，而是利用計算機輔助設計工具自動將控制方案框圖轉換為代碼并自動下載到硬件開發(fā)平臺，從而快速實現(xiàn)控制系統(tǒng)的原型。原型中包括實際系統(tǒng)中可能的各種I/O，軟件及硬件中

7、斷等實時特性。之后，就可以利用計算機輔助試驗測試管理工具軟件進行各種測試，以檢驗（Validation）控制方案對實際對象的控制效果，并在線優(yōu)化控制參數(shù)。此時即使模型需要大規(guī)模修改，重新形成測試原型也只需要幾分鐘的時間。這樣在最終實現(xiàn)控制方案之前，就可基本確認最終方案和效果，避免過多的資源浪費和時間消耗。,第三階段 生成代碼,傳統(tǒng)的人工編程很容易引入缺陷，速度較慢；現(xiàn)代開發(fā)方法則不同，產品代碼的大部分由機器自動生成。對大多數(shù)工程師而言，如果能夠加快開發(fā)速度，損失代碼的部分實時運行效率是可以接受的，而且機器自動編碼，很容易避免人為的各種錯誤。,第四階段 硬件在回路仿真（HILS）,有了控制產品的

8、初樣，還必須對其進行全面綜合的測試，以對照確認（Verification）產品與實際指標要求，特別是故障情況和極限條件下的測試。但如果用實際的控制對象進行測試，很多環(huán)境條件無法實現(xiàn)的，抑或要付出高昂的代價。 現(xiàn)代開發(fā)方法中計算機輔助設計工具（軟件/硬件）將再次發(fā)揮作用，可以用HILS的方法和工具進行各種條件下的測試，特別是故障和極限條件下的測試。這是傳統(tǒng)開發(fā)方法所不具備的。,第五階段 系統(tǒng)集成測試/標定,產品型控制器制造完成后，需要與其它子系統(tǒng)連接起來，構成完整閉環(huán)進行全面、詳細的測試，以確認產品符合各項設計指標和需求定義。這一階段的主要困難是，并行開發(fā)過程中，其它子系統(tǒng)部分未能就緒，無法集成。HILS應用可以替代閉環(huán)系統(tǒng)當中那些尚未就位或者不易獲取的部分，