貝加萊 Matlab/SIMULINK開發工具的建模與實現

今天，無論是OEM機械制造業還是大型過程控制項目對于機器自動化程度的需求在不斷提高，對于自動化系統的開發需求也越來越苛刻。除了產品系列的變化，還包括功能需求的變化以及適用生產范圍的變化，而這些變化有時候往往跨度較大，工程師們必須面對各種變化的需求設計開發出不同的產品和系統方案。

如何使得機器的設計更加自動化？這是一個非常值得探討的問題。目標、對象、方法與工具是能夠更好完成項目的關鍵，誰能夠提供這樣的自動化功能并用實際的應用來證明？什么方式更為清晰？什么工具更為有效？——這些如何與自動化更好的結合，使機器的設計更加自動化？

V型模式

V型模式是由需求分析、規范說明、概要設計、詳細設計、編碼、單元測試、集成測試、系統測試、驗收測試等多個環節構成，并且在V字型的橫向上一一對應，如：驗收測試對應與需求分析階段的內容，系統測試則對應于規范說明單元的內容，集成測試對應于概要設計的內容。

V型開發模式提供了一個很好的軟件項目開發與測試的模型，使整個項目更為清晰有序地進行，并且嚴格地控制了軟件項目的質量。

自上世紀80年代后期V型開發模式開始被廣泛使用。在德國，采用V型模式做為軟件開發與測試的標準模式，在奧地利與瑞典等國家，V型模式同樣作為一個重要的標準與規范而廣為使用。目前，V型模式已經廣泛應用于汽車制造業、電力行業的水輪機、汽輪機設計與風力發電機組、大型變壓器、工程機械與港口機械以及軍事領域的太空探測器、雷達、定位系統等。

MATLAB/SIMULINK集成在V型開發模式中

目前，由Mathworks公司提供的MATLAB/SIMULINK是最為廣泛使用的建模與軟件測試工具。B&R系統同樣也支持Matlab/SIMULINK仿真模型的導入，它將仿真模型導入到Automation Studio這個開發工具中，使仿真系統可以在B&R控制器上進行硬件的仿真及系統功能的測試。

Matlab/SIMULINK可按系統內在的物理關聯設計完整的復雜系統，可使傳感器、控制器、機械單元、操作機構等構成一個整體。系統的各個組成部分在Matlab/SIMULINK中是以模塊化的方式來構建的，可調用各種標準控制模型或自定義控制模型。各模型間相互關聯成為一個整體，并通過仿真過程得到優化的系統參數。通過自動代碼生成的功能，Matlab/SIMULINK的仿真模型可生成工程實例的代碼，這種代碼的效率可與人工代碼相媲美，這就是為什么Matlab/SIMULINK被廣泛使用的原因。

帶來的益處

1.自動代碼生成，節省開發周期

對于復雜算法的設計，自動代碼生成是比較具有吸引力的。因為復雜的算法必須是一個經過測試的算法模型，通過人工編寫的代碼，可能需要反復的調試才能使用，而通過Matlab/SIMULINK生成的代碼是使用經過無數次測試的代碼生成器得出的代碼，具有極高的可用性，并且通過MATLAB/SIMULINK提供的代碼只需要較少的調試時間。

2.系統仿真測試可直接應用于控制器

如果仿真的結果不能直接連到控制器中進行測試，而需要重新編寫代碼，就會造成人工的巨大浪費。而如果控制器可以直接接收來自MATLAB/SIMULINK的測試代碼，那么就可以節省很多時間。

3.系統測試可以降低實際機器調試的成本

對于機械系統而言，尤其是新機型的開發，如印刷機的調試，需要使用很多紙張或印刷材料。像包裝機械、輪胎機械，都意味著需要巨大的調試成本。但通過仿真后的測試則會大量地降低調試成本，更重要的是，有些測試不僅僅是需要巨大的成本，還需要有時機——例如：在風力發電項目中遇到惡劣天氣而引發的Safety動作，這個時機指的是現場并非隨時都能獲得25級風力，這就是為什么F1要投入巨大的費用在風洞測試上。

4.機器的改型設計更加簡單

對于MATLAB/SIMULINK而言，新機器的更高性能或者機器的新增功能將無需再進行復雜的測試，就可以快速的實現，這樣對于新機型的設計來說，就可以很好的利用原有模型，而只增加一些新的電氣開關或者傳感器，或提升性能等級。對于那些需要開發機器的系列產品和機器的長遠規劃來說，這種方式就非常簡單了。

因此，B&R對于MATLAB/SIMULINK的支持有著巨大的優勢，特別是在機械設計領域，這意味著客戶可以建立更為有效的自身的開發平臺。

Automation Studio——集成開發環境是關鍵

集成開發環境是一個很關鍵的因素，它能夠將所有的控制對象完整的集成在一個開發平臺上，否則，所謂的集成開發就是空洞的。而B&R Automation Studio很好的滿足了這一關鍵需求，能夠面向整個控制系統的硬件對象——HMI、PLC、I/O、Motion、Hydraulic、Safety等等，這樣就包括了整個機器控制所需的對象，并能夠接收仿真的結果去實現機器的功能。
Automation Studio支持MATLAB/SIMULINK工具箱

下面列出了AS軟件所支持的SIMULINK工具箱，都是機械設備領域控制系統開發所需的工具包軟件，也都很常用。

l Stateflow工具箱——用于生成代碼

l C-MEXs函數箱

l 控制系統工具箱

l 信號處理工具箱

l 嵌入式m-files

l 模糊控制工具箱

l 更多
總之，對于開發者來說，Matlab/SIMULINK是一個非常強大的開發工具，可以使機器的設計更加自動化。