基于dSPACE实时仿真的无刷直流电机控制系统

[导读] 　　dSPACE实时仿真系统是一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统

　　dSPACE实时仿真系统是一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink/RTW的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力，并配备了丰富的I/O支持，用户可以根据需要进行组合；软件环境的功能强大且使用方便，包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。dSPACE软硬件目前已经成为进行快速控制原型验证和半实物仿真的首选实时平台。

　　dSPACE体系结构

　　dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及测试用的工作平台，实现了和MATLAB/Simulink的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有高速计算能力的硬件系统（包括处理器、I/O等），还拥有方便易用且能实现代码生成、下载、试验和调试的软件环境。

　　dSPACE的硬件系统

　　针对不同的用户，dSPACE可分为标准组件系统和单板系统。标准组件系统是把处理器板、I/O板分开，并提供多个系列和品种，允许用户根据特定需求随意组装，可以使用多块处理器板、多块（多种）I/O板，使系统运算速度、内存和I/O能力均可大大扩展，从而满足复杂的应用之需。单板系统本身就是一个完整的实时仿真系统，DSP和I/O全部集成于同一板上，其I/O包括了采用快速控制原型设计的大多数I/O（如A/D、D/A等），为配合驱动应用需求，配有PWM信号发生器等。

　　单板系统DS1104的硬件结构图，如图1所示。dSPACE系统的硬件主要包括基于PowerPC和DSP的处理器芯片，用于实现对用户设计的算法或仿真模型的实时运行。PowerPC的时钟频率为250MHz，并提供16kB的片内数据缓存和片内指令缓存。存储器包括8MB的闪存和32MB的SDRAM主存储器。为了满足硬件在回路仿真时的需要，DS1104提供了8通道A/D转换，8通道D/A转换，20位数字I/O口以及同步串行接口。DS1104单板系统内置了TEXAS公司的TMS320F240DSP芯片，它通过双端口存储器（DualPortRAM）与PPC相连。这个内置的DSP能够产生PWM信号，并且具有14位的数字I/O口。

　　dSPACE的软件系统

　　dSPACE实时仿真系统允许用户实时地调整控制器参数和运行环境，并提供各种各样的参数显示方式。dSPACE的实时仿真系统主要由3部分组成，如图2所示，分别为控制系统算法设计平台MATLAB/Smiulink、dSPACE实时仿真系统及外部真实环境和设备。其中，RTI（RealTmieInterface）是连接dSPACE实时系统与MATLAB/Smiulink的纽带，用户通过将RTI库中的模型与MATLAB/Smiulink配合使用，设计控制器的Smiulink模型，通过对RTW（RealTmieWorkshop）进行扩展，实现了从Smiulink模型到SPACE实时硬件代码的无缝自动下载。dSPACE实时硬件负责与外部设备连接，交互控制信息与反馈信息，监控测试软件，提供对试验过程的综合管理，在线调整参数，建立用户虚拟仪表，实时观测控制效果。

　　针对dSPACE实时仿真系统的3个部分，dSPACE软件系统相应地也由3个模块组成：算法开发模块，实时运行模块及实时测试和监控模块。算法开发包括在Simulink里设计在线模型或用C语言编写模型代码; 实时运行模块依据算法开发的不同形式，相应地也有2种方式：基于Simulink的模型在RTW和RTI的支持下自动完成模型的代码生成、编译、链接、下载;手工编写的模型则需要通过运行dSPACE提供的批处理命令完成上述功能;！实时测试和监控模块由dSPACE系统提供的用户界面软件ControlDesk来完成，利用ControlDesk实现对实时硬件的图形化管理，包括新硬件的注册管理、控制实时程序的启动和停止及差错监视、虚拟仪表的建立以及与实时程序进行动态数据交换、访问RTI生成的变量文件、在变量和虚拟仪表之间建立联系、访问与实时操作相关的变量等参数的可视化管理。