时间触发型实时仿真控制系统

摘要

本发明公开了一种时间触发型实时仿真控制系统，包括：目标PC机以及通过TTP总线与所述目标PC机相连的TTC200控制器；其中：所述TTC200控制器通过TTP总线与目标PC机交换数据；每个TTC200控制器I/O端口丰富，I/O端口带有驱动电路，可输出50A的电流，I/O端口与控制系统相连，驱动所述控制系统动作。本发明公开的时间触发型实时仿真控制系统，采用TTC200控制器，该控制器中自带有I/O端口和该端口带有驱动电路，不需要额外配备I/O板卡和驱动电路，解决了现有的dSPACE实时仿真系统存在的需要多块不同的I/O板卡以及额外增加驱动电路而造成的成本较高、使用不便的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种时间触发型实时实时仿真控制系统。

背景技术

在当今的自动控制领域，被控对象越来越复杂，控制品质越来越高，控制复杂度的增加意味着系统中的机械部分变得更加复杂，因此需要更复杂的控制器。

然而，复杂的控制器的设计过程也是及其复杂，现有的方法通常是：设计原型样机之后，再根据系统规范直接对微控制器或PLC进行手工编程，并在原型样机中手动调节控制器算法。这一阶段需要精通软件的编程人员，花费大量时间编制程序、查错、调试、验证，工作量大、周期长。此外，手工编制的代码良莠不齐，降低了软件运行的可靠度，增加了代码错误的可能性，给新产品上市带来风险。原型样机制造完成后，才能对产品进行测试与验证，只要上述任何一个过程出现偏差都会导致产品开发的失败，这也是传统方法最大的弊病。

为了解决上述这些问题，现提出了一种模型设计的思想，具体的，Matlab(Matrix Laboratory，矩阵实验室)已经成为一种基于模型开发、高度集成化的开放式开发平台，现有技术中dSPACE实时仿真系统就是基于Matlab平台的实时仿真工具，dSPACE实时仿真系统拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。

然而，由于所述dSPACE实时仿真系统需要有太多的I/O板卡，且每一个I/O板卡只有特定的功能，所以为了完成一个大型系统的仿真，需要多块不同的I/O板卡，成本较高；并且，所述dSPACE实时仿真系统的输出的电压电流非常小，不能直接驱动控制系统，需要额外增加驱动电路，使用不便。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种时间触发型实时仿真控制系统，以解决现有的dSPACE实时仿真系统存在的需要多块不同的I/O板卡以及额外增加驱动电路而造成的成本较高、使用不便的问题。

为了解决上述问题，现提出的方案如下：

一种时间触发型实时仿真控制系统，包括：目标PC机以及通过TTP总线与所述目标PC机相连的TTC200控制器；其中：所述TTC200控制器通过TTP总线与目标PC机交换数据；

每个TTC200控制器带有I/O端口，该端口带有驱动电路，可输出50A的电流，且I/O端口可与控制系统相连，驱动所述控制系统动作。

优选地，所述目标PC机可通过RS232或TCP/IP与宿主PC机进行通信，所述宿主PC机编写控制算法，可自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并通过RS232或TCP/IP下载到所述目标PC机中；或者，所述宿主PC机编写被控对象模型，可自动生成与所述被控对象模型相对应的程序，自动编译后通过RS232或TCP/IP下载到所述目标PC机中。

优选地，所述目标PC机中装有IP Module及其载板，所述IP Module包含TTP总线控制器和双口RAM。

优选地，所述目标PC机为：普通PC、工业PC或PC104。

优选地，所述目标PC机的PCI插槽上还装有I/O板卡。

优选地，所述目标PC机的数量为两个或两个以上，均通过TTP总线与TTC200控制器相连，实现与TTC200控制器的数据交换。

优选地，所述TTC200控制器的数量为两个或两个以上。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的时间触发型实时仿真控制系统，采用TTC200控制器，该控制器中自带有I/O端口和该端口带有驱动电路，不需要额外配备I/O板卡和驱动电路，解决了现有的dSPACE实时仿真系统存在的需要多块不同的I/O板卡以及额外增加驱动电路而造成的成本较高、使用不便的问题。

此外，现有的dSPACE实时仿真系统由于采用专用的处理器板子和I/O板卡，价格昂贵，而本发明公开的时间触发型实时仿真控制系统仅采用一般的目标PC机替代专用的处理器板子，降低了成本，并且，TTC200控制器自带有I/O端口，替代I/O板卡，也降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种时间触发型实时仿真控制系统的结构图；

图2为本发明另一实施例公开的一种时间触发型实时仿真控制系统的结构图；

图3为本发明实施例公开的编译时间触发型实时仿真控制系统的系统结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

Matlab：Matrix Laboratory，矩阵实验室；

TCP/IP：Transmission Control Protocol/Intemet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种时间触发型实时仿真控制系统，以解决现有的dSPACE实时仿真系统存在的需要多块不同的I/O板卡以及额外增加驱动电路而造成的成本较高的问题。

所述时间触发型实时仿真控制系统整合了TTP总线系统和matlab的xPCtarget系统，利用TTP总线将TTC200控制器和Matlab的xPC target系统连接起来。

其中：xPC Target系统采用了宿主PC机-目标PC机的技术途径，即双机模式，他能在宿主PC机开发Simulink模型、Stateflow模型和物理系统等程序，并利用Real-Time Workshop自动生成代码，最后下载到运行xPC Target实时内核的目标PC机上。

如图1所示，本实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统包括：目标PC机101和TTC200控制器102，其中：

TTC200控制器102带有TTP总线和丰富的I/O，可以运行控制算法，控制现场设备；TTC200控制器中带有功率级的输出驱动电路，输出电流为50A，可以直接驱动控制系统；

TTC200控制器102通过TTP总线103与目标PC机101相连，通过TTP总线103与目标PC机101交换数据。

上述实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统如图1所示，TTP总线103上只连接有一个TTC200控制器102和一个目标PC机101，但在实际应用过程中，为了节省成本，一般将多个TTC200控制器和多个目标PC机连接在TTP总线上，如图2所示，该图中，TTP总线103上连接有三个目标PC机101，四个TTC200控制器102。

具体的，上述两个实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统中，所述目标PC机可通过RS232或TCP/IP与宿主PC机进行通信，所述宿主PC机编写控制算法，可自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并通过RS232或TCP/IP下载在所述目标PC机中；或者，所述宿主PC机编写被控对象模型，可自动生成与所述被控对象模型相对应的程序，自动编译后通过RS232或TCP/IP下载到所述目标PC机中。

并且，所述目标PC机可以选用普通PC机、工业PC机或PC104机，由于其里面只运行高浓缩的实时内核xPC target，所以运算能力超强，可以计算复杂的控制算法或被控对象的数学模型。

目标PC机中还装有IP Module及其载板，所述IP Module包含MPC555芯片，TTP总线控制器、双口RAM。目标PC机利用双口RAM与TTP总线上的TTC200控制器交换数据。TTC200控制器将数据通过TTP总线发送给IPModule的MPC555芯片，MPC555芯片将数据写入双口RAM的一侧，目标PC机从双口RAM的另一侧读取这些数据，供目标PC机里面运行的控制算法或被控对象模型使用；目标PC机也可以把控制算法或被控对象模型运算的结果写入到双口RAM的一侧，MPC555芯片从双口RAM的另一侧读取这些数据，通过TTP总线发给TTC200控制。TTC200控制器运算这些数据和程序，通过自己的IO驱动所连接的系统。

为了实现上述功能，如图3所示，宿主PC机201通过RS232或TCP/IP与目标PC机202实现通讯，TTP总线编程PC机204也通过TCP/IP与TTP-Monitor205实现通讯。

宿主PC机201将双口RAM驱动程序和开发的系统模型或控制算法下载到目标PC机202的内存内，从双口RAM的一侧读取或写入数据，TTP总线编程PC机204将I/O toolbox IP Module软件的程序下载到目标PC机202中IP Module的flash内，MPC555芯片利用这个程序，写入或读取成双口RAM另一侧，通过TTP总线与TTC200控制器通信。

为了实现TTP总线上节点通信，同样如图3所示，TTP总线编程PC机204安装TTP-Matlink和TTP-Tools软件，通过该软件编译可实现TTP总线上的节点互相传输数据的指令，该指令通过TTP-Monitor205下载到TTP总线上的节点上，即下载到目标PC机202中IP Module和TTC200控制器206上。

由于TTC200控制器的I/O需要与控制系统相连，驱动控制系统，因此，需要对TTC200控制器进行编程，实现上述功能，具体的，TTP总线编程PC机将I/O toolbox TTC200软件中的IO模块和控制算法通过TTP-Monitor下载到TTC200控制器。

在上述公开的内容中，宿主PC机和TTP总线编程PC机可以为同为一个，但是在实际操作过程中，可能会存有不便。

本发明公开的时间触发型实时仿真控制系统，采用TTC200控制器，该控制器中自带有I/O端口和该端口带有驱动电路，不需要额外配备I/O板卡和驱动电路，解决了现有的dSPACE实时仿真系统存在的需要多块不同的I/O板卡以及额外增加驱动电路而造成的成本较高、使用不便的问题。

此外，当TTC200控制器的I/O端口类型不够时，还可以通过目标PC机的PCI插槽进行扩展，即在目标PC机的PCI插槽上装I/O板卡。

上述两个实施例公开的TTP总线是时间触发的总线，5Mbit/s的通信速度(最高可达25Mbit/s)，是硬实时、同步、高速的总线。

以下重点介绍本发明实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统的应用。时间触发型实时仿真控制系统应用于实时分布式控制系统的快速控制原型开发、用于用户控制器测试的硬件在环仿真和有实际执行机构的半实物仿真，所述时间触发型实时仿真控制系统要与控制系统相连接，所述控制系统包括用户控制器和被控对象。

使用上述实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统做可以检测编写控制器的控制算法的正确性，实时分布式控制系统的快速控制原型开发时，具体的做法是：

TTC200控制器的I/O端口与被控对象相连；之后，用户在宿主PC机和TTP总线编程PC机编写控制算法，宿主PC机利用RTW自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并下载在目标PC机，TTP总线编程PC机利用RTWEmbedded Coder自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并下载在TTC200控制器中；目标PC机根据控制程序发送控制指令，该控制指令通过TTP总线传输至TTC200控制器，再通过TTC200控制器的I/O端口传输至被控对象，控制被控对象完成操作。

用户可以在线调整控制算法中参数，实时观看被控对象的操作结果，与根据控制算法预先估计的结果进行比对，可以判断编写控制器的控制算法是否正确。

然而，现有的dSPACE实时仿真系统还只能在实验室内做控制仿真，不能直接装机，而本实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统测试控制算法正确后，可以直接装机。

当需要装机时，目标PC机采用PC104机，PC104机的运算能力较强，可以处理比较复杂的控制算法，TTC200控制器I/O比较丰富，可以直接与被控对象相连。用户在宿主PC机和TTP总线编程PC机编写控制算法，宿主PC机利用RTW自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并下载在目标PC机，TTP总线编程PC机利用RTW Embedded Coder自动生成与所述控制算法相对应的控制程序并下载在TTC200控制器中；目标PC机根据控制程序发送控制指令，该控制指令通过TTP总线传输至TTC200控制器，再通过TTC200控制器的I/O端口传输至被控对象，控制被控对象完成操作。完成上述测试之后，直接将PC104机和TTC200控制器装机即可。

或者，将完成测试之后的控制算法下载到TTC200控制器，将TTC200控制器装机。

上述内容说明的本发明实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统的一个应用，除此之外，当控制系统设计结束，并已制成产品型控制器时，需要在闭环下对其进行详细测试，但由于极限测试、失效测试或在真实环境中测试费用昂贵等原因，使得实物测试难以进行，为了缩短开发周期，使用本发明实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统可以用于用户控制器测试的硬件在环仿真测试，具体的：

在目标PC机里实时运算被控对象模型和外部环境模型，TTC200控制器的I/O端口与用户控制器相连，用户控制器运行控制算法程序，并发送控制指令并传输至TTC200控制器，再通过TTP总线传输至目标PC机内，控制被控对象模型完成操作。

同样根据被控对象模型的操作结果判断用户控制器控制效果的好坏。

并且，本发明实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统还可用于半实物仿真，具体的：

TTC200控制器的I/O端口与被控对象部分实物连接，控制被控对象部分实物动作，目标PC机运行被控对象虚拟模型，其中，被控对象部分实物和被控对象虚拟模型共同组成了被控对象。将控制器的控制算法直接写入TTC200控制器，TTC200控制器根据控制算法生成控制程序，并发送控制指令再通过TTP总线传输至目标PC机内，控制被控对象虚拟模型完成操作。

再且，当TTC200控制器的I/O端口与被控对象相连时，可以测量被控对象的各种信号，并通过TTP总线传输至目标PC机，此时，目标PC机可以将信号传输至宿主PC机上，由其进行二维或三维的图像化显示。由于宿主PC机进行二维或三维的图像化显示的过程为现有技术，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例公开的时间触发型实时仿真控制系统是一套基于Matlab/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，系统软件TTP-Matlink、TTP-Tools、I/O toolbox TTC200和I/O toolbox IP Module实现了和Matlab/Simulink的完全无缝连接。拥有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点，主要应用于实时、高速、同步、安全性高的分布式控制场合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。