导读：1.1.1设计目的，通过使用Simulink实现从建模到模型验证、从定点设计到处理器在环、从代码生成，达到熟悉基于模型的嵌入式系统设计方法[1]，将MATLAB/Simulinl/Stateflow与TI的CCS集成开发环境和，完成代码自动生成、原型设计和嵌入式系统开发，1.1.2设计的意义，传统的DSP设计开发过程可分为两个部分：开发设计与产品实现，在开发设计部分完成方案设计与算法开发，然后
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的意义
1.1.1 设计目的
通过使用Simulink实现从建模到模型验证、从定点设计到处理器在环、从代码生成到软硬件联调，达到熟悉基于模型的嵌入式系统设计方法[1]；将MATLAB/Simulinl/Stateflow与TI的CCS集成开发环境和MSP430微控制器整合在一起。完成代码自动生成、原型设计和嵌入式系统开发。
1.1.2 设计的意义
传统的DSP设计开发过程可分为两个部分：开发设计与产品实现。在开发设计部分完成方案设计与算法开发，然后用产品的实现来验证确认开发设计的正确性。两个部分一般是在不同的部门相互独立无交流地完成的。这样的开发过程存在着许多的问题，比如相互之间的协作问题，系统范围内的算法测试问题和系统设计的错误不能被及时发现等等。利用Matlab和Simulink系统级的设计方法和快速原型的自动化工具能够合理的解决这些问题[2]。
1.2 国内外研究现状
模型设计对于嵌入式系统开发的重要性。随着基于模型设计技术在国外的广泛使用，嵌入式产品功能的多样性、可靠性以及升级速度得到了大幅度的提升。可以说基于模型设计作为新时代的嵌入式开发技术，使得研究人员可以将精力集中地运用在功能算法的开发上，而具体的实现则全权交给计算机自动完成，实现了从想法到实现的一步完成。即便基于模型设计拥有诸多优点，却也不代表该方法是万能的，有些功能用代码编写来实现反而更容易。在传统的开发模式中，留下了许多经典代码片段，这些代码片段不仅安全可靠，还更为高效[3]。
基于模型设计的基础在于模型的搭建，而传统开发模式的基础在于代码的编写。为了能将传统开发模式与基于模型设计融合起来，充分利用两种方法的优势，可以将现有的经典代码片段作为模型设计中的功能模块之一，添加到模型设计的工程中。这样做不仅省去了开发人员重新建模的麻烦，也搭建了一条传统开发模式与基于模型设计方法之
间沟通的桥梁。
1.3 主要内容及方法手段
1.3.1 主要内容
采用基于模型设计的方法，实现MSP430系列单片机的应用开发。通过Simulink模块浏览器，选取所需的模块并设计其的工作寄存器或状态，连接所有的模块组成所需系统的模型，通过软件实现代码的自动生成，用于课题所需硬件电路的驱动程序。
1.3.2 方法手段
第一步、搭建电机控制功能模型；
第二步、软件在环测试；
第三步、代码模型；
第四步、自动代码生成；
第五步、虚拟硬件测试
1.3.3预期达到的结果
组件虚拟硬件系统把通过搭建模型生成的代码，导入MSP430F2252单片机芯片来控制L298驱动芯片，进而控制电动机的正转、反转和调速。
第2章 模型设计
2.1 MATLAB /SIMULINK介绍
计算机仿真技术是应用电子计算机软件对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。对于从事控制系统设计与研究的技术人员而言，MATLAB是目前控制系统计算机辅助设计实用而且有效的工具。这不仅是因为它能够解决控制系统中大量存在着的矩阵运算问题，更因为它提供了强有力的工具箱支持[4]。与控制系统直接相关的模型工具箱有系统辨识、控制系统、信息优化、信息处理等。另外还有一些流行与先进的控制策略工具箱，比如u-分析与综合、神经网络、鲁棒控制、模糊预测控制、模糊逻辑、非线性控制设计等。可以说就目前的工业界和理论界广泛研究与应用的控制算法，几乎都可以在MATLAB/SIMULINK中找到相对应的工具箱。同时，MATLAB软件中还能够提供新型的控制系统模型输入与仿真工具模型箱，它具有构造模型简单、实现系统控制容易、动态修改参数、界面简洁、功能强大等优点，成为仿真方面与动态建模应用最广泛的软件之一。该功能可以利用鼠标在模型窗口中“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK工具箱提供的功能来对系统进行仿真和分析，从而使得一个复杂系统的输入变得非常容易而且直观。将SIMULINK 用于电机控制系统的仿真与研究，在近几年以逐渐成为人们研究的热点。本文利用MATLAB /SIMULIN构造的是一个直流电机调速系统，并给出仿真结果。
2.2 搭建电机控制功能模型
电机控制命令主要由正转、反转、调速和停止这几个状态。而这些状态可通过Simulink模型工具箱中的Stateflow的Chart模块来实现。Stateflow是用于设计Stateflow状态图和控制逻辑的。其主要内容有状态、迁移、默认迁移、节点、历史节点、连接节点、数据、事件与注释事件。
搭建电机控制功能模型主要使用Stateflow模块，通过状态图编辑器对Chart模块进行状态内容编写。
图2.1 Chart模块电机控制状态图
如图2.1所示电机控制模型由三个父状态组成，其中正转为CW、反转为CCW、停止为STOP。在CW和CCW两个父状态中都含有两个互斥状态其作用是调节PWM的高低电平。在互斥状态之间为条件迁移命令，作用是调节PWM信号脉宽。在每个父状态之间的条件状态迁移，作用是电机正转、反转和停止的状态信号。在每个状态内都有进入该状态时的动作。在整个状态内有三个变量control、pwm和v，其中control和v为外部输入数据变量，pwm为内部输出数据变量。当完成所有的状态内容后如图2.2。
图2.2 Chart图顶层模型
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MatLab/Stateflow定时
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利用stateflow实现实时定时功能：stateflow接收一个输入Timer,我的单片机底层定时器里会每个5ms把Timer加1，加到65535时，下一个会清零（单片机自动清零，重新计数）。现在我想在上层的stateflow实现定时，即Stateflow里有两个状态，A和B。开始默认迁移进A，Timer每隔200个数，状态迁移（即1s钟后发生状态迁移）。请问这个应该怎么完成？我想了一下，after（）是仿真时间，我现在想做的是实时时间。
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同步电机一定要做转子定位吗
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同步电机一定要做转子定位吗
转子定位有啥用 - 已解决问题
做转子定位是同步电机吗？&同步电机一定要做转子定位吗？转子定位有啥功能？
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悬赏西币:1 | 解决时间： 10:59:00 | 提问者：& - 学长&nbsp&nbsp第2级
问题ID：147282
答案是&充分不必要条件，同步电机结构简单、&容量大、&维护量小等诸多优点，&目前被广泛应用于规模工业生产的各个领域。&转子位置的检测在同步电机的启动、&控制中至关重要，&一般通过安装在转子轴上的码盘和控制器中的计数器来完成对同步电机转子位置的检测。&这种检测方法获得的转子位置精度很高，&但是因计数器断电或其他原因可能造成计数器所存数据和实际转子位置不符的情况。在没有编码器的情况下，&同步电机必须依靠感应电势判断转子位置的方法。同步电机由于其自身的特点在运行的过程中必须随时检测转子的位置（用转子的位置计算出励磁的磁链位置，&并实时和定子磁链比较，&以判断同步电机是否正常运行）。
初级工程师&nbsp&nbsp第9级&
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这是矢量控制必须做的，但根据系统的不同需要人工干预做转子位置或者自动找转子位置，关键在于控制系统的。
- 中级工程师&nbsp&nbsp第10级
& 23:08:23
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基于模型的无刷电机控制代码快速生成
[导读] 随着软硬件技术的不断发展，以及用户对产品安全性，可靠性的要求，嵌入式应用的开发难度与代码体积都在迅速增加，传统的基于文本的开发方式已经越来越难以满足这种高性能与快节奏研发的要求。
随着软硬件技术的不断发展，以及用户对产品安全性，可靠性的要求，应用的开发难度与代码体积都在迅速增加，传统的基于文本的开发方式已经越来越难以满足这种高性能与快节奏研发的要求。
基于模型的设计方法利用Mathworks提供的一系列工具，可直接实现从设计理念到算法模型，再由模型自动生成嵌入式代码的高效开发流程。对于本例来说，在LPC2124芯片上实现无刷(BLDC)，设计者无需考虑如何将电机状态的变换用C或汇编语言体现，仅需关注算法本身，将繁琐的代码生成工作交给计算机完成。这样可以大大缩短产品开发周期，显著提高工作效率。
1　原理分析
直流无刷电机的工作离不开电子开关电路，因此由电动机本体、转子位置和电子开关电路3部分组成了直流无刷电机的控制系统，其结构框图如图1所示。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置传感器随时检测转子所处的位置，并根据位置信号来控制开关管的导通和截止，从而自动地控制哪些绕组通电、哪些绕组断电，实现了电子换相。
图1　无刷系统结构框图
下面以一个三相绕组的无刷电机为例，简要介绍其工作原理。图2为三相全桥式驱动电路原理图，对其采用二相通电的方式驱动，即有两个绕阻同时通电。图中包含6个晶体管、二极管组成的三相逆变电路，Ha、Hb、Hc为霍尔元件反馈的转子位置信号。控制电路会根据位置信号决定6路PWM信号的通断，进而使功率管导通或关断，使绕阻按一定顺序导通，驱动电机连续旋转。
当采用二相导通方式驱动电机时，功率管的导通或关断情况经过1/6周期(即60&)。在直流无刷电机的内部嵌有3个霍尔位置传感器，它们在空间上相差120&。由于电机的转子是永磁体，当它在转动的时候，其磁场将发生变化形成旋转磁场，每个霍尔传感器都会产生180&脉宽的输出信号。
图2　三相全桥式驱动电路原理图
假设当前功率管V1、V6导通，则电流从A相流入电机，从C相流出电机，由电流经绕阻产生的磁场方向为(A,?C)。由A和?C的合磁场产生的转矩使转子转动到AC位置。转子的转动使霍尔传感器的输出发生变化，控制电路会据此调整功率管的导通情况，将V6关断，V5导通。这时，电流从A相流入电机，从B相流出电机，经绕阻产生的磁场方向为(A,?B)。由A和?B的合磁场产生的转矩使转子转动到AB位置。同样，霍尔器件又会输出一个不同的值，控制电路作出相应的处理，完成一个完整的换相周期。
2　模型搭建
根据上述原理简介可知，无刷电机由一组PWM信号驱动。PWM信号按霍尔元件传送的位置信号决定其通断状态，以驱动电机连续旋转;而PWM信号占空比可用于调节电机转速。在Stateflow中创建状态图，模型共设置PWM1~6六路PWM信号，并以按键key的值控制电机的开关，由此可得无刷电机的状态图，如图3所示。
图3　无刷电机状态图
MotorOff子状态中，将6路PWM信号的占空比调至0，以达到关闭电机的作用，如图4所示。
图4　MotorOff子状态
MotorOn子状态与MotorOff子状态基本类似，不同之处在于：模型接收霍尔元件传送回的电机转子位置信号，并以此判断PWM信号的通断。当霍尔元件返回值为1时，第2、6路PWM信号导通;值为2时，第3、4路PWM信号导通;值为3时，第2、4路PWM信号导通;值为4时，第1、5路PWM信号导通;值为5时，第1、6路PWM信号导通;值为6时，第3、5路PWM信号导通。
Stateflow状态图中的变量pinsel0、pinsel1、io0dir为芯片设置位，pwmmr0~pwmmr6联合控制PWM输出，sensor表示霍尔器件的值，key控制电机是否工作，变量speed用于接收外部的控制信号(例如电位器和ADC)，调节PWM占空比，实现电机调速。
完成Stateflow状态图之后，再配合Simulink中的库模块即可完成如图5所示的算法模型。当key=1，电机处于打开状态时，若霍尔传感器状态为1，则第2和第6路PWM信号导通，输出512。信号占空比是由pwmmr0~pwmmr6联合控制的，pwmmr0已将PWM波的周期定义为1 024，则输出512即表示占空比为1:1，这证明算法模型达到了预期目的。
图5　算法模型3代码快速生成
RTW生成实时代码的过程大致可分为成4个阶段：
① 用户在MATLAB/Simulink/Stateflow建立算法模型。
② TLC目标语言编译器读取.rtw文件中的信息，将模型转化成源代码。
③ 生成指定目标的代码。
④ 连接开发目标程序所需的环境。
由上述过程可知，需要对模型作部分修改。图5所示模型中，设计者需要将各个信号源模块和显示器模块替换为输入/输出端口模块，这样才能在生成的代码中为硬件预留数据接口。在模型配置页面中需要将硬件类型指定为ARM compatible，求解器设置为离散型，RTW中的模板文件设置为ert.tlc。
完成上述设置后，将模型保存为arm_BLDC.mdl，按下模型工具栏的按钮即可生成代码。如果计算机上已经安装了TASKING IE FOR ARM软件，并与MATLAB平台正确关联后，系统会自动生成工程，并编译生成可执行文件，非常快捷方便。未安装该软件的用户可用自己熟悉的IDE自行创建工程并加入自动生成的C代码，之后对ert_main.c文件的代码作部分修改(有注释的部分为修改内容)：
#include &LPC2124.h&/*添加LPC2124头文件*/
extern void PWM_It(void);/*声明外部函数PWM_Init*/
extern void AD_Read(void);/*声明外部函数AD_Read*/
&&//模型输入口与硬件相关联
arm_BLDC_U.In1=(IO0PIN&0x)&&23;
arm_BLDC_U.In2=(IO0PIN&0x8000)&&15;
&&//模型输出口与硬件相关联
PINSEL0=arm_BLDC_Y.Out1;
PINSEL1=arm_BLDC_Y.Out2;
IO0DIR=arm_BLDC_Y.Out3;
PWMMR0=arm_BLDC_Y.Out4;
PWMMR1=arm_BLDC_Y.Out5;
PWMMR2=arm_BLDC_Y.Out6;
PWMMR3=arm_BLDC_Y.Out7;
PWMMR4=arm_BLDC_Y.Out8;
PWMMR5=arm_BLDC_Y.Out9;
PWMMR6=arm_BLDC_Y.Out10;
PWMLER=arm_BLDC_Y.Out11;
int_T main(int_T argc, const char_T *argv[]);
int_T main(int_T argc, const char_T *argv[]){
/* Initialize model */
arm_BLDC_initialize();
PWM_Init();//调用PWM_Iint()
ADCR=0x002E0401;//ADC初始化
/* Simulating step behavior */
while (rtmGetErrorStatus(arm_BLDC_M) == (NULL)) {
AD_Read();//调用A/D_Read()
arm_BLDC_U.In3=(ADDR&&6) & 0x3FF;// AD结果赋值到In3口
rt_OneStep();//调用rt_OneStep()
&&//删除printf与fflush代码
BLDC控制模型利用了芯片中的PWM发生和ADC功能，因此还需要这两个模块的初始化代码。将初始化代码保存为BLDC_init.c并加入到工程中即可进行编译。
#include&LPC2124.h&
void PWM_Init(void){//初始化LPC2124芯片的PWM功能
PWMPR=1200; //设置分频系数
PWMMR0=1024;//PWMMR0~PWMMR6控制初始占空比
PWMMR1=PWMMR2=PWMMR3=PWMMR4=PWMMR5=PWMMR6=0;
PWMMCR=0x; //重置MR0时钟
PWMPCR=0x7E00; //使能PWM1~PWM6输出
PWMLER=0x7F; //使能PWM0~PWM6锁存
PWMTCR=0x09; //使能PWM模式并启动定时器
void AD_Read(void){
ADCR=(ADCR&0x00FFFF00)|0x01|(1&&24);//设置通道1，并进行第1次转换
while((ADDR&0x)==0);//等待转换结束
ADCR &=~0x;//停止转换
4　虚拟硬件测试
在Proteus7.7平台下，可以方便地对设计进行虚拟硬件测试。根据前述原理简介，不难搭建如图6所示的Proteus硬件原理图。左侧的按键控制电机的运行/停止，电位器与ADC控制电机转速;中部为三相电桥，分别与电机的三相相连;下方是由3个IR2112构成的放大电路;上方为。
图6　Proteus硬件原理图
在LPC2124芯片中加载编译生成的hex文件进行测试，即可正确实现对电机的控制。
基于模型设计为设计者提供了一个通用的开发与测试平台，可将算法模型自动转换为嵌入式C代码，大大降低嵌入式系统开发的门槛，设计者可轻松生成优化的自定义C代码，缩短了开发周期，避免了过多的人为错误。
在开发过程的各个环节都进行不断的测试，与传统方法相比，测试得更为彻底，并且在后期更进行了Proteus虚拟硬件测试，进一步确保了设计的可靠性。
这种由概念到实现的开发方式在国外已经有广泛应用，本文也对其优势有所论述，相信该方法在国内会受到越来越多的青睐。
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Simulink/Stateflow仿真原理和实现的研究
【摘要】：随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用,组态软件在工业控制系统中有非常重要的地位。组态的概念是随着分布式控制系统的出现而引入工业控制领域,它提供了一套搭积木方式的构造控制过程与界面的方法。组态软件的特点包括实时多任务、开放式接口、使用灵活、运行可靠等。
在当前控制领域中,使用基于MATLAB平台的Simulink/Stateflow组态仿真开发环境进行系统建模仿真已成为主流。不同于传统工控组态软件,这种基于模型的开发方法具有更好的通用性。该开发环境提供了以矩阵和向量计算为重点的数值分析可视化开发环境。Simulink提供了面向方框图的开发环境来完成动态系统组态开发和仿真,而Stateflow使用流程图和状态转换图来开发基于层次状态机的事件驱动系统。
Stateflow通过生成S-function Agent和Simulink实现无缝连接,两者可结合构建复杂系统的仿真模型。另外,Real-Time Workshop和Stateflow Coder结合可以生成Simulink和Stateflow模型的C代码。基于此特性,用户可交互式调整和检测代码,以及和MATLAB、Simulink环境以外的代码交互运行。用户还可以把生成的代码作为非实时或实时应用程序使用,包括加速仿真、快速原型化和硬件在回路仿真测试。系统仿真技术是以相似原理、控制理论、计算技术和各领域专业技术为理论基础,利用系统模型对实际或虚拟系统进行动态实验研究的综合性技术。
本课题首先介绍了Simulink/Stateflow模型的组态建模要素与机制,并分析了系统仿真原理以及动态系统仿真过程。然后,结合组态技术和Simulink/Stateflow原型化程序框架,对组态仿真系统进行了设计和实现,该系统包括图形组态系统、仿真策略解释系统和数据库系统三部分。图形组态系统包括图元界面生成模块、图元数据管理模块和动画连接模块。对于仿真系统,除了实现部分仿真算法,还对仿真运行过程以及模块排序机制进行了分析与实现。最后,针对Stateflow状态图提出了一种基于量子框架的实现思路。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TP273【目录】：
ABSTRACT5-9
第一章 引言9-11
1.1 研究背景及意义9
1.2 国内外研究现状9-10
1.3 课题来源10
1.4 课题的研究内容10-11
第二章 SIMULINK/STATEFLOW 组态仿真机制的概述11-35
2.1 组态软件基础11-14
2.1.1 组态软件结构及功能11-12
2.1.2 基于模型设计(Model-based Design)12-14
2.2 MATLAB 概述14-15
2.3 SIMULINK 机制概述15-19
2.3.1 Simulink 建模要素16-19
2.4 STATEFLOW 机制概述19-26
2.4.1 有限自动机与 UML 状态图理论概述19-21
2.4.2 Stateflow 建模要素21-23
2.4.3 Simulink/Stateflow 形式语言描述23-24
2.4.4 自动代码生成机制24-26
2.5 仿真原理概述26-35
2.5.1 动态系统建模27-30
2.5.2 动态系统仿真30-32
2.5.3 Simulink 建模与仿真32-35
第三章 组态仿真系统的总体设计35-38
3.1 组态仿真系统的基本功能35
3.2 组态仿真系统的总体设计框架35-37
3.3 开发工具与平台37-38
第四章 图形组态系统的设计与实现38-53
4.1 图形组态模块的设计38-39
4.2 图形组态模块的实现39-51
4.2.1 生成模块的实现40-46
4.2.2 动画连接模块的实现46-47
4.2.3 数据管理模块的实现47-50
4.2.4 智能连接线50-51
4.3 测试与总结51-53
第五章 仿真策略解释系统的分析与实现53-74
5.1 仿真算法的分析与实现53-58
5.2 仿真运行机制的分析58-62
5.2.1 Simulink RTW 原型化程序框架58-59
5.2.2 仿真运行机制的框架设计59-62
5.3 仿真运行机制的实现62-67
5.3.1 模块排序62-65
5.3.2 嵌套结构的分析与实现65-66
5.3.3 代数循环问题的解决方法66-67
5.4 STATEFLOW 机制分析与实现思路67-71
5.4.1 事件驱动机制67-68
5.4.2 状态的进入、执行和退出过程68-69
5.4.3 Stateflow 状态图实现思路69-71
5.5 测试与总结71-74
第六章 总结与展望74-75
参考文献76-78
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【引证文献】
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