[实用新型]一种用于电气装置控制算法研发的快速控制原型系统

说明书

本实用新型公开了一种用于电气装置控制算法研发的快速控制原型系统，包括一台用户主机和一台实时目标机，其中用户主机为装有Matlab/Simulink的个人电脑、工作站或服务器，实时目标机包含上下两层结构，上层结构基于Arm Cortex A系列处理器，用以执行控制运算功能并与用户主机交互；下层结构基于TMS320C28x系列微控制器，拥有控制信号接口和反馈信号接口，用以与受控电气装置交互。本实用新型成本低、运算能力强大、灵活度高，研发人员在用户主机建立控制算法模型后，可将算法快速部署至实时目标机中执行，最终通过其控制信号接口和反馈信号接口对受控电气装置进行实时监控调试，从而加快研发速度。

技术领域

本实用新型属于快速控制原型领域，具体设计一种用于电气装置控制算法研发的快速控制原型系统。

背景技术

现今，中小型电气装置的控制主要通过嵌入式微控制器即单片机实现。在研发过程中，工程师对硬件系统的控制算法进行建模仿真后，需要人为将其转换为嵌入式程序代码并烧写至芯片中进行硬件验证，由此带来一系列困难：当控制算法较为复杂时，编写代码的过程会更加复杂，出错时难以检查；调试过程中，每一次对变量的修改，都需要重新烧写单片机程序，较为费时；程序运行过程中，难以对程序内部变量进行实时观测。

近年来，快速控制原型(Rapid Control Prototyping，RCP)技术逐步成为复杂系统开发的有效解决方案。快速控制原型能够使工程师快速地对系统控制算法进行测试。工程师仅需在Matlab/Simulink中建立好控制算法的数学模型后，即可将其部署到配套的实时目标机中，通过实时目标机的I/O口对硬件电子系统进行控制，从而进行算法设计的验证，极大程度缩短开发时间。实时目标机的设计是快速控制原型技术的关键，市面现有的实时目标机中，低端款如树莓派、STM32F4-Discovery、Arduino等经典开发板均可用作为简单的实时目标机，其价格低廉，使用灵活，但CPU运算速率、控制信号输出能力和反馈信号输入能力较差，无法满足电力电子等高速复杂电气装置的控制需求；高端款如dSPACE、OPAL-RT、Speedgoat等企业开发的高性能实时目标机，选用英特尔多核处理器与FPGA相结合的架构，运算能力和输出能力强大，适合复杂大型系统的研发，但其封闭的内部系统、庞大的体积与高昂的价格导致其不适用于中小型电气装置的研发。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电气装置控制算法研发的快速控制原型解决方案，其配套实时目标机需要具有强大的驱动输出能力和物理采样能力，并具备高计算能力、高灵活性、高安全性和低成本的特点。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种用于电气装置控制算法研发的快速控制原型平台，包括一台用户主机和一台实时目标机，其特征在于：

所述的用户主机为个人电脑、工作站或者服务器，使用Matlab/Simulink仿真软件建立控制算法模型；

所述的实时目标机包含上层结构和下层结构，其中上层结构以Arm Cortex A系列微处理器作为处理核心，包含通信接口，与用户主机通过通信链路相连；下层结构以TMS320C28x系列微控制器作为处理核心，包含控制信号接口和反馈信号接口，与受控电气装置通过信号线相连；实时目标机的上层结构与下层结构之间通过并行或者串行数据总线实现高速数据互传。

所述的用户主机通过代码生成技术将Matlab/Simulink仿真软件中的控制算法模型转化为控制程序，并通过通信链路将控制程序部署至所述的实时目标机；实时目标机的上层结构以特定时间周期运行控制程序，读取下层结构的反馈采样，经过计算得到控制指令；下层结构通过TMS320C28x系列微控制器内部的预置程序，根据上层结构的控制指令生成控制信号并将其输出到受控电气装置，同时对来自受控电气装置的反馈信号进行处理并生成反馈采样上传到上层结构。