基于自动代码生成的低速柴油机电控系统软件设计

摘要

电控技术在提高低速柴油机经济性、动力性，改善柴油机排放方面蕴含着巨大的潜力。然而传统的电控系统软件开发方式因其开发费用高、周期长等缺点难以满足低速柴油机电控系统快速、高效的开发要求。相比而言，基于模型的控制系统设计方式，可在控制器设计初期通过模型仿真的形式对控制策略功能进行快速验证，并可通过自动代码生成技术将模型转化成产品级C代码。鉴于此，本文结合低速柴油机电控系统功能需求，基于Matlab/Simulink RTW Embedded Coder机制进行自动代码生成工具的设计和开发，并以此环境为基础进行低速柴油机控制策略的设计及验证。 为了满足低速柴油机电控系统的功能需求，本文首先进行低速机控制系统总体方案设计，对系统中主机控制单元与气缸控制单元功能进行分解，并分配主机控制单元与气缸控制单元的柴油机信号I/O接口，确定数据传输方式等。 然后，在Matlab/Simulink下针对NXP MPC5644A微控制器进行自动代码生成环境的设计，编写控制文件以实现Simulink控制器模型到嵌入式C代码的生成。同时利用S-Function函数和TLC文件对ECU(Electronic Control Unit，控制器)底层驱动代码进行封装，完成自定义驱动模块库的设计，包括I/O模块、A/D模块、CAN驱动及喷油器驱动模块等，以实现底层驱动代码与模型代码的自动生成。 最后，在Simulink自动代码生成环境下，采用图形化编程的方式建立主机控制单元与气缸控制单元的控制策略模型，并执行代码的自动生成过程，进而实现ECU控制系统的集成，最终在半物理仿真平台上进行控制策略的测试和验证。 结果表明，所设计的自动代码生成工具可方便地将Simulink环境下建立的控制器模型生成嵌入式C代码，可实现ECU控制软件的快速建立，并且所生成的软件代码满足低速柴油机的控制功能需求。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2船用低速柴油机电控系统及自动代码生成技术发展现状

1．2．1低速柴油机电控系统研究现状

1．2．2自动代码生成技术研究现状

1．3本文主要研究内容

第2章低速机电控系统控制方案设计及开发方式介绍

2．1低速柴油机电控系统控制方案设计

2．1．1主机控制单元软件功能及数据接口

2．1．2气缸控制单元软件功能及数据接口

2．2低速柴油机电控系统开发方式介绍

2．2．1基于V模式的电控制系统开发

2．2．2基于Matlab／Simulink RTW的自动代码生成原理

2．3本章小结

第3章自动代码生成环境系统设计

3．1嵌入式目标硬件平台介绍

3．2自动代码生成环境架构分析

3．3自动代码生成环境系统设计

3．3．1系统目标文件

3．3．2主程序定制及周期任务调度

3．3．3 hook文件及代码生成过程定制

3．3．4 CodeWarrior IDE调用及代码集成

3．4设备底层模块设计

3．4．1自定义Simulink模块概述

3．4．2 A／D模块创建

3．4．3 CAN通信模块创建

3．4．4其他模块创建

3．5驱动层模块设计

3．5．1转速信号处理与相位识别

3．5．2喷油控制软件设计

3．5．3起动空气阀与排气阀驱动程序设计

3．5．4功能驱动模块的封装

3．6本章小结

第4章低速柴油机电控系统软件设计

4．1主机控制单元控制软件设计

4．1．1柴油机工况管理模块

4．1．2柴油机运行模式设定

4．1．3调速控制模块

4．2气缸控制单元软件设计

4．2．1执行器驱动控制软件设计

4．2．2燃油轨压与伺服油轨压控制

4．3通讯模块软件设计

4．4本章小结

第5章自动代码生成工具测试及控制策略功能验证

5．1自动代码生成环境功能测试

5．1．1代码自动生成功能验证

5．1．2代码执行功能验证图

5．2代码规范检查与测试

5．2．1代码规范性与兼容性检查

5．2．2代码覆盖度测试

5．3代码模型在环测试

5．3．1调速控制验证

5．3．2轨压控制功能验证

5．4基于HIL平台的控制策略验证

5．4．1实验设备介绍

5．4．2驱动模块功能验证

5．4．3调速功能验证

5．4．4轨压控制策略验证

5．5本章小结

结论与展望

1．结论

2．工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢