Simulink及基于模型设计的嵌入式应用_孙忠潇(1)讲解
Simulink及基于模型设计的嵌入式应用_孙忠潇
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Copyright 2014 FUJITSU LIMITED
基于模型的嵌入式设计及应用
代码自动生成
初次尝试，先使用ert.tlc作为系统目标文件生成嵌入式Ｃ代码 ert.tlc会启动代码生成过程，将模块转化为C代码 未经过任何优化的代码可读性不强
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Copyright 2014 FUJITSU LIMITED组件之一，它提 供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
@Matlab2013b：simulink opens the Simulink® Library
Browser.
@Hyowinner：Simulink = Simu + Link Simu -> Simulation ->仿真 ->具象化逻辑及结果 Link -> 连接 ->模块与库连接 ->设计与需求连接
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Copyright 2014 FUJITSU LIMITED
基于模型的嵌入式设计及应用
需求与模型关联
通过rmi setup注册Active-X controls后Simulink Model菜单栏增加了需求追踪功能 追加了链接之后，文档中出现Simulink的小图标，能够从需求文档链接到模型；每当 需求出现了变更可以通过链接检查是否及时反映到所设计的模型中，以保持一致性
More about Simulink：to be continued
Simulink是什么
Matlab 上手容易，一般从调用简单 的绘图函数或矩阵创建开始 Simulink 要求整体把握，理有点难度， 一开始就要面对整个系统
Matlab 学科分支多，理论深度达， 后期依靠的是学术理论造诣
Simulink Simulink运行机制与流程的 理解，会加速应用的熟练度
simulink工程应用实例
simulink工程应用实例在Simulink中创建一个简单的模型，并将其应用于实际工程问题，可以很好地展示Simulink的工程应用能力。
下面，我们将通过一个实例来介绍如何在Simulink中创建一个简单的模型，并将其应用于实际工程问题。
实例：一个简单的控制系统在Simulink中创建一个简单的控制系统，该系统包括一个输入信号、一个带有一个参数的滞后环节和一个反馈控制器。
步骤1：创建模型在Simulink中创建一个新模型，打开模型窗口，并从模块库浏览器中拖动所需的模块到模型窗口中。
在这个例子中，我们需要的模块包括：* 输入信号（Input Signal）* 滞后环节（Delay Block）* 反馈控制器（Feedback Controller）步骤2：设置模块参数双击每个模块，设置其参数。
对于输入信号模块，选择一个适当的信号源，例如正弦波或方波。
对于滞后环节模块，设置其延迟时间和增益。
对于反馈控制器模块，设置其反馈增益和反馈路径。
步骤3：连接模块使用连接线将模块连接起来，使得输入信号通过滞后环节和反馈控制器后得到输出信号。
在连接线交叉处，双击以创建连接点。
步骤4：运行模型在Simulink中运行模型，观察输出信号。
可以通过单击“运行”按钮或按F5键来运行模型。
在运行过程中，可以随时单击“暂停”按钮或按Ctrl+C来停止运行。
步骤5：分析结果分析输出信号，判断控制系统是否能够有效地对实际工程问题进行控制。
如果需要，可以通过调整模块参数或添加其他模块来优化控制效果。
通过以上步骤，我们成功地在Simulink中创建了一个简单的控制系统模型，并将其应用于实际工程问题。
这个实例展示了Simulink在工程应用中的方便性和实用性。
Simulink建模仿真实例详解
模型可以分为实体模型和数学模型。 实体模型又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建 立起来的物理模型，如建筑模型等。 数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始 系统数学模型是对系统的原始数学描述。仿真系统数学模型 是一种适合于在计算机上演算的模型，主要是指根据计算机 的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数 学模型转换为计算机程序。
0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
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例子2 单自由度系统： 初始条件：
& + cx & + kx = 0 m& x
解析解为：
& ( 0) = x &0 = 0 x(0) = x0 = 1, x
m 要求：采用 Simulink 对系统进行仿真。已知参数：
1.3.3 Simulink 应用举例
（原教材P6例子）
在Matlab命令窗口中输入 dblcart1 右图所示的模型用来 模拟双质量－弹簧系 统在光滑平面上受一 个周期力情况下的运 动状态，其中周期力 只作用在左边的质量 块上。 F(t)
x' = Ax+Bu y = Cx+Du Plant
Demux Actual Position
静态系统模型 动态系统模型 连续系统模型 代数方程 集中参数 微分方程 分布参数 偏微分方程 离散系统模型 差分方程
1.1.2 计算机仿真
1. 仿真的概念 仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的 有关知识为基础，以计算机和各种专用物理设备为工具，借 助系统模型对真实系统进行试验的一门综合性技术。 2. 仿真分类 （ 1 ）实物仿真：又称物理仿真。是指研制某些实体模型， 使之能够重现原系统的各种状态。早期的仿真大多属 于这一类。 优点：直观，形象，至今仍然广泛应用。 缺点：投资巨大、周期长，难于改变参数，灵活性差。
Simulink在系统仿真中的应用 ppt课件
Simset( )
• 仿真参数options可以通过simset函 数来设置 • options=simset(参数名1，参数值1， 参数名2，参数值2，…) • 参数名为需要控制的参数名称 • 参数值为具体数值 • options=simset(‘RelTol’,1e-7)
• 这样用下面的语句就可以绘制出各 个状态变量的时间响应曲线，如图
⑸非线性模块组Discontinuous
• • • • • • Saturation Dead Zone Relay Rate Limiter Quantizer Backlash
⑹数学函数模块组Math Operations
• • • • • Sun Product Gain Matrix Gain Combinational Logic • • • • Math Function Abs Sign Trigonometric Function • Algebraic Constraint
⑺查表模块组Lookup Tables
• • • • Look Up Table Look Up Table (2-D) Look Up Table (n-D) Look-Up Table Dynamic
⑻用户自定义函数模块组Userdefined Functions
• Fcn • MATLAB Fcn • S-Function
• 在实际仿真中，如果模型中某个部 分数学运算特别复杂，则不适合用 普通simulink模块来搭建这样的部 分 • Simulink中支持两种语言编程的形 式来描述这样的模块 • M函数 • S函数
• M函数适用于描述输出和输入信号之间 为代数运算的模块 • S函数适用于动态关系的描述（状态方 程描述的关系） • S函数就是系统函数的意思 • S函数有固定的程序格式，用MATLAB 语言可以编写，此外还可以用C语言、 C++、Fortran和Ada等语言来编写，用 这些语言编写需要用编译器生成动态链 接库DLL文件，可以在simulink中直接 调用
Simulink3运行仿真Simulink教学课件
SIMULINK 3SIMULINK 3运行仿真运行仿真介绍两种Simulink运行仿真的方法3.1使用窗口运行仿真3.2 使用MATLAB 命令运行仿真本章内容和学习目的掌握以上两种运行仿真的方法3.1 使用窗口运行仿真1. 设置仿真参数优点人机交互性强不必记住繁琐的命令语句即可进行操作。
使用窗口运行仿真主要可以完成以下一些操作。
3. 启动仿真4. 停止仿真5. 中断仿真6. 仿真诊断2. 应用仿真参数仿真参数和算法选择的设置仿真参数和算法设置后使之生效选择命令运行仿真选择命令停止仿真可以在中断点继续启动仿真而停止仿真则不能在仿真中若出现错误Simulink将会终止仿真并在仿真诊断对话框中显示错误信息1. 设置仿真参数选择菜单选项【SimulationParameters】可以对仿真参数及算法进行设置共有五个∠羁▉6?解法设置Solver??工作间I/OWorkspace I/O??诊断页Diagnostics??高级设置Advanced??实时工具对话框Real-Time Workshop??解法设置Solver讲??工作间I/OWorkspace I/O讲??诊断页Diagnostics不讲自学??高级设置Advanced不讲自学??实时工具对话框Real-Time Workshop不讲自学设置起始和终止时间选择积分分解法指定求解参数和选择输出选项管理MATLAB工作间的输入输出项选择在仿真中警告信息的等级对仿真的一些高级配置进行设置对实时工具中若干参数进行设置。
若没有安装实时工具不出现此框。
1解法设置页当选中菜单选项【SimulationParameters】后出现参数及算法等设置页。
再点击【Solver】则出现解法设置页。
解法设置页包括三项内容设置仿真的启动时间和终止时间选择算法并指定参数选择输出项仿真时间仿真解法各种解法说明见下页默认解法ode45变步长解法ode45ode23ode113ode15discrete定步长解法ode5ode4ode3ode2ode1discrete最大步长初始步长输出选项用户用来控制仿真输出个数的对话框共有三个菜单选项定义输出产生附加输出产生指定输出。
simulink在工程中的应用
simulink在工程中的应用Simulink是MATLAB的一个扩展工具箱，它提供了一个图形化的仿真和建模环境，可以用于工程中的许多应用。
以下是Simulink在工程中的一些常见应用：1. 控制系统设计和仿真：Simulink可以用于设计和仿真各种控制系统，例如PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
通过Simulink，工程师可以快速构建控制系统模型，进行仿真和优化，从而实现更高效、更精确的控制系统设计。
2. 信号处理和通信系统设计：Simulink可以用于设计和仿真各种信号处理和通信系统，例如滤波器、调制解调器、信道编解码器等。
通过Simulink，工程师可以快速构建信号处理和通信系统模型，进行仿真和优化，从而实现更高效、更稳定的信号处理和通信系统设计。
3. 机器人控制和仿真：Simulink可以用于设计和仿真各种机器人控制系统，例如机器人路径规划、机器人视觉系统等。
通过Simulink，工程师可以快速构建机器人控制系统模型，进行仿真和优化，从而实现更高效、更精确的机器人控制和仿真。
4. 金融工程和数据分析：Simulink可以用于金融工程和数据分析，例如期权定价、风险管理、金融市场模拟等。
通过Simulink，工程师可以快速构建金融模型，进行仿真和分析，从而实现更高效、更精确的金融工程和数据分析。
5. 汽车工程和测试：Simulink可以用于汽车工程和测试，例如汽车控制系统仿真、汽车动力总成仿真、车辆稳定性仿真等。
通过Simulink，工程师可以快速构建汽车控制系统和动力总成模型，进行仿真和测试，从而实现更高效、更精确的汽车工程和测试。
总之，Simulink在工程中有着广泛的应用，可以用于设计和仿真各种控制系统、信号处理和通信系统、机器人控制和仿真、金融工程和数据分析、汽车工程和测试等领域，从而帮助工程师实现更高效、更精确的工程设计和仿真。
SIMULINK模块介绍
示波器的使用和数据保存1.示波器的参数" Number of axes" 项用于设定示波器的Y 轴数量，即示波器的输入信号端口的个数，其预设值为"1" ，也就是说该示波器可以用来观察一路信号，将其设为"2" ，则可以同时观察两路信号，并且示波器的图标也自动变为有两个输入端口，依次类推，这样一个示波器可以同时观察多路信号。
"Time range" (时间范围) ，用于设定示波器时间轴的最大值，这一般可以选自动(auto) ，这样X 轴就自动以系统仿真参数设置中的起始和终止时间作为示披器的时间显示范围。
第三项用于选择标签的贴放位置。
第四项用于选择数据取样方式，其中Decimation 方式是当右边栏设为"3" 时，则每3 个数据取一个，设为"5" 时，则是5 中取1 ，设的数字越大显示的波形就越粗糙，但是数据存储的空间可以减少。
一般该项保持预置值"1" ，这样输入的数据都显示，画出的波形较光滑漂亮。
如果取样方式选Sample time 采样方式，则其右栏里输入的是采样的时间间隔，这时将按采样间隔提取数据显示。
该页中还有一项"Floating scope" 选择，如果在它左方的小框中点击选中，则该示波器成为浮动的示波器，即没有输入接口，但可以接收其他模块发送来的数据。
示波器设置的第二页是数据页，这里有两项选择。
第一项是数据点数，预置值是5000 ，即可以显示5000个数据，若超过5000 个数据，则删掉前面的保留后面的。
也可以不选该项，这样所有数据都显示，在计算量大时对内存的要求高一些。
如果选中了数据页的第二项"Save data to workspace" ，即将数据放到工作间去，则仿真的结果可以保存起来，并可以用MATLAB 的绘图命令来处理，也可以用其他绘图软件画出更漂亮的图形。
04基于模型的设计在嵌入式控制系统开发中的应用
Physical Components Algorithms Code Verification and Validation
•Prevents Introduces defects and variance • Difficult to feed insights back into design process rapid iteration •No Difficult to reuse testing • Traceability system-level
Map to Block Diagram
Link Requirements
Implement Interfaces
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• Easy to misinterpret Executable Specifications from Models • Difficult to manage as they change
Step Response
1
1 0.8
Amplitude
Requirements
0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 2.5 3
0.6 0.4 0.2 0
0
2
4 Time (seconds)
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Plant
S1 S3 S2
Software & Algorithms
C, C++ MCU Integration DSP
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Implementation with Automatic Hyperlink Code Generation
within C code files.
Hyperlink back to model.
Hyperlink from model to code.
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->模型与代码连接
->你我与Matlab/Simulink连接
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Simulink是什么
模块库 模型
波形
普遍认识 从Simulink Browser里选择模块，建 立模型并且进行仿真。
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基于模型的嵌入式设计及应用
基于模型设计
Model Based Design，基于模型设计是一种流程，较之传统软件开发流程而言， 使开发者能够更快捷、以更少的成本花费进行开发。适用范围包括信号处理，控制 系统，通信行业。表述系统的模型是整个开发流程的中心，贯穿需求，设计，实施 与测试。模型本身就是一个可执行的规格书，开发者修改优化模型就是对设计的修 缮，无需到实施之后通过测试再进行系统验证，可以通过仿真在早期设计时期就及 时进行正确性验证，并且在实施阶段，特别是对于嵌入式软件，代码由模型生成。
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Simulink能够做什么
视频处理
跟Matlab一样功能强大，具有动态系统仿真的功能，包含信号处理，图像视频处理， 数值运算，控制系统等等各个方面。
视频帧差分使能录像仿真
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Simulink能够做什么
音乐播放器
Simulink作为功能强大的动态仿真工具，通过模型建立，运行仿真，甚至自定义模块 应用于信号处理音频处理，数值运算，控制系统等等各个方面。
使用自带模块搭建 音频解析器，方便 快捷。 稍作加工即可实现： 播放开始后进行音 量调节、暂停、继 续以及播放停止等 动作。 构成音乐播放器
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Simulink及基于模型设计的 嵌入式应用
FNST第三事业部第一开发部主任工程师 孙忠潇 Simulink基础版主及代码生成版主：hyowinner
2014年5月24日
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目录
@Simulink是什么
各家释意 用户群分析 学习难度分析
@Simulink能够做什么
Simulink是什么
Matlab 上手容易，一般从调用简单 的绘图函数或矩阵创建开始 Simulink 要求整体把握，理有点难度， 一开始就要面对整个系统
Matlab 学科分支多，理论深度达， 后期依靠的是学术理论造诣
Simulink Simulink运行机制与流程的 理解，会加速应用的熟练度
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Simulink能够做什么
发动机控制
使用Simulink进行汽车发动机控制规格设计，采用基于模型设计的嵌入式软件开发 流程，经过代码自动生成和各个阶段的严格测试，实现汽车发动机控制代码的量产。
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Simulink能够做什么
自定义功能
S Function是Simulink Engine运行的机理体现，同时也给予用户自定义模块的功能 甚至可以自己定义工具箱加入到Simulink Browser中，让你随心所欲！ 自定义娱乐工具箱
视频处理 音频处理 工业流程模拟 发动机控制 自定义娱乐工具箱 Target Support Package目标芯片的驱动工具箱
@基于模型的嵌入式设计及应用
MBD(Model based Design) 代码自动生成相关知识 MBD demo——滤波器建模，生成代码以及验证
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Simulink能够做什么
工业仿真
跟GUI结合开发工业仿真软件，具有动态系统仿真的功能，包含信号处理， 图像视频处理，流程模拟，数值计算，控制系统，等各个方面。 工业乙醇连续发酵仿真
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Simulink能够做什么
TSP
Target Support Package是针对某一系列MCU/DSP芯片的驱动代码配置与自动生成 工具箱，给MBD嵌入式开发者提供快速算法验证环境，FM4 TSP主要有以下优点: 1.无需编写驱动代码：使用者通过简单的对话框设置即可生成驱动代码 2.生成代码有效：错误的不合理的驱动配置模型会通过错误提示让使用者改正 3.流程自动化：从模型代码生成，IDE启动，工程创建，编译，下载一键完成
Simulink是什么
粉丝 根据论坛回帖数统计判断， 大概只有Matlab的1/8
阶段 Simulink的使用者较多都有 着坚实的Matlab技术基础
特点 Simulink的使用者较多都 有耐心，入门门槛较高
期待
Simulink的使用者都期待其 功能更加强大，能快速实现 想要做的事
5 Copyright 2014 FUJITSU LIMITED组件之一，它提 供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
@Matlab2013b：simulink opens the Simulink® Library
Browser.
@Hyowinner：Simulink = Simu + Link Simu -> Simulation ->仿真 ->具象化逻辑及结果 Link -> 连接 ->模块与库连接 ->设计与需求连接
concentration(kg/m3)
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Байду номын сангаас
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