基于dSPACE半实物平台设计轿车雨刮测控系统.docx

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基于dSPACE半实物平台设计轿车雨刮测控系统

前言

汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一，现代汽车正从一种单纯的交通工具朝着满足人们需求、安全、节能和环保的方向发展。

为了满足人们对汽车日益提高的要求，汽车研发及生产机构必然要将越来越多的电子产品引入到汽车上，智能控制系统也成为汽车革新的主要内容。

雨刮器属汽车附件，是汽车安全行驶的重要部件，用于消除挡风玻璃、后窗玻璃及大灯玻璃上的雨雪、灰尘和水泥等，以保证玻璃透明清晰。

第一个发明电动刮水器的是德国博世公司，博世将它作为“博世最年幼的产品”加入到博世的产品家族。

自那以后，这个婴儿逐渐成长，从单纯的刮片发展到二十一世纪初的风窗玻璃之星——无支架的刮水器。

在汽车的驾驶史上，对风窗玻璃的清洁问题解决开始得比较晚。

汽车从只有平添驾驶发展到成为全天候的驾驶。

技术变化最大是在二战以后，伴随着大规模机械的出现。

风窗玻璃洗涤器、间歇开关、后窗刮水器和可加热喷水器保证了驾驶时的视野清晰与行车安全。

伴随着其他一些技术革新，比如雨滴传感器、可变位刮水臂、刮水器的出现，就更扩大了刮拭的范围，刮水器成为了一个复杂的系统。

汽车智能雨刮系统正在逐步取代传统的机械结构的雨刮器。

在汽车智能雨刮系统中，有许多非线性因素都会对雨刮同步造成影响，由于生产工艺的问题，两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就会存在两个雨刮摆动不同步的问题。

本文采用MATLAB软件对PWM控制系统进行了仿真调试。

2项目系统简介

基于dSPACE半实物平台设计汽车挡风玻璃雨刮控制系统，根据雨量大小控制雨刮的运动速度，清除风挡玻璃上的雨水，保证良好视觉。

该系统主要由雨量传感器、雨刮器电动机、杆式开关、继电器和控制器组成。

该系统主要指标为能够自动检测雨量，根据雨量大小自动调整雨刮的运动速度，并保证雨刮的动作互不干扰。

主程序流程图如下：

主程序流程图

3dSPACE半实物平台简介

3.1.1半实物仿真平台组成

半实物仿真平台主要由主控计算机、仿真计算机、控制计算机（原型机）、A/D接口、D/A接口及相关能源设备、记录设备等组成。

其中被控对象采用数学仿真，由dSPACE仿真计算机通过软件实现；控制计算机用仿真实物实现，即用dSPACE标准组件作为控制计算机的快速原型机，实现控制计算机功能；仿真计算机通过A/D、D/A等输入输出口与控制系统实物相互，实现数字控制器与外界设备的信息交换。

输入和输出信息分别从转接口和dSPACE引出，通过记录仪进行记录。

3.1.2主控计算机

主控计算机是整个仿真系统的上位机，采用有多个ISA总线的工控机，安装MATLAB6.5系列软件、dSPACE软件，用于构建控制系统Simulink框图、进行系统参数优化和数字仿真、控制仿真过程、编译下载仿真软件、输入输出仿真结果等。

根据控制系统设计和建模结果，利用MATLAB/Simulink构建系统数字仿真框图，进行数字仿真和控制参数优化。

在数字仿真的基础上，利用dSPACE提供的RTI软件，将被控对象的Simulink框图生成实时代码并自动下载到dSPACE仿真计算机中；将控制器控制方程的Simulink框图生成实时代码并自动下载到dSPACE快速原型机中。

用dSPACE提供的综合试验与测试环境软件ControlDesk、自动实验及参数调整软件MLIB/MTRACE、PC与实时处理器通信软件CLIB以及实时动画软件RealMotion等实现试制和参数测量。

该软件环境可以方便地实成、下载和试验调试等工作。

3.1.3仿真计算机

用dSPACE标准组件系统DS1005PPC处理器板作为仿真计算机，用以模拟被控对象。

DS1005PPC处理器与主控机之间用光缆连接交换数据。

DS1005PPC板主频480MHz；片内数缓存均为32KwordS；通过32位PHS总16块I/O板，通过ISA总线与主机进行并具有相当强的计算能力。

由于PHS总线实时应用设计，所以它不存在其他外部传输协议的总线所存在的内含软件问题。

3.1.4控制原型机

在数字控制系统的控制计算机实物以前，dSPACE提供了良好的仿真实物。

dSPACE单板系统DS1103控制器板作为用来实现控制器的控制算法。

DS1103板卡把处理器和I/O集成到一块板子上，形成一个完整的实时仿真系统。

使用时将DS1103插到主控计算机ISA槽，通过ISA总线与主控机和仿真机交换数据。

用这种板卡作为控制计算机的原型机可以完全模拟数字控制算法，大大缩短研制周期。

3.1.5输入输出接口

为了满足半实物仿真需要，采用了D转换板和DS2103D/A转换板与实物相连接。

3.1.6dSPACE控制系统的集成开发平台简介

（1）dSPACE开发流程

CDF软件组件

集成了机电闭环控制系统开发中所有的阶段

代码自动生成

直接访问实时系统

（2）RTI概述

RealTimeInterface实时接口

连接dSPACE实时系统与MATLAB/Simulink之纽带

从Simulink模型到dSPACE实时硬件代码的无缝自动下载

（3）ControlDesk基本环境介绍

ControlDeskPackages

ControlDeskStandard

ControlDesk多处理器扩张

（4）TargetLink

建模工具：

MATLAB/Simulink/StateFlow

代码生成：

dSPACE代码生成器

OSEK/VDX：

支持OSEK/VDX

标定：

能生成ASAP2

目标优化模块：

能针对主流MCU进行代码优化

处理器在回路仿真模块：

能针对主流MCU进行处理器在回路仿真

（5）dPACE硬件体系

⏹AutoBox

⏹MicroAutoBox

v车载小体积实时硬件，带I/O、信号调节和记录功能

v

独立系统，可自启动

vPowerPC750FX，800MHz

⏹

Simulator

⏹dSPACESimulatorFull-size

⏹AnyI/Oboardconfiguration

v故障仿真

v可扩展性

v可以根据用户的需要定制

⏹工作电压超过18V

4、半实物仿真平台实验

4.1dSPACE半实物平台仿真流程

第一步：

打开MATLAB，按

新建SimulinkLibraryBrowser，按

新建untitled,在untitled上建立对象数学模型，设计控制方案，然后按

进行离线仿真；

第二步：

打开离线模型，去掉将被真实硬件代替的地方，在CommandWindow中输入RTI1401调出I/O库，拖放A/D,D/A模块到模型中，与模块相连，然后双击进行配置，改变输出通道；

第三步：

仿真参数的设置和相关选项：

􀂠通过Simulation的ConfigurationParameters对话框来指定

􀂠Solver

􀁦Simulationstarttime:

0.0

􀁦Simulationstoptime:

inf或一个较大（相当）的数

􀁦SolverOptiontype:

Fixed-step

􀁦Fixstepsize:

期望的仿真步长

􀂠Advanced

􀁦Blockreduction:

off

􀁦Signalstoragereuse:

off

􀂠Real-TimenWorkshop

􀁦Systemtargetfilebrowser:

rti1401.tlc

第四步：

对模型进行编译并下载：

下载前确定路径。

按照Tool→Real-TimeWorkshop→BuildModel步骤生成代码，自动下载到dSPACE实时硬件中（快捷键Ccontrol+B），在下载程序前，电源给MicroAutoBox上电，显示灯为红色，程序下载完毕后，显示灯为绿色；

第五步：

使用ControlDesk注册硬件：

打开dSPACE软件，启动ControlDesk，按照Platform→Initialization→RefrreshPlatformConnection步骤使dSPACE与上位机进行硬件上的连接，通讯好之后，在ControlDesk的PlatformNavigator上会生成ds1401设备，然后在FileSelector中寻找.sdf目标文件，通过鼠标拖放方式选择和下载到ds1401设备中，当下载完毕后，ds1401设备前的指示灯就会由红色变为绿色；

第六步：

使用ControlDesk编制监控界面，对模型进行在线监控和调参：

按照File→New→Layout创建一个InstrumentPanel，在InstrumentSelector的DataAcquisition中选择PlotterArray，用鼠标拽到Layout窗进行拖动，创建一个Plotter，然后在工具栏的目标文件标签中，将变量拖到Plotter，同时单击鼠标右键，打开Properties，选择Frameless进行应用，调整布局；为了便于变量调参，按照InstrumentSelecto→VirtualInstrument→NumbericInput，在Layout窗上创建虚拟仪表，然后将变量拖到虚拟仪表中，完成监控界面，最后按

动画模式运行程序，进行在线监测。

第七步：

在MicroAutoBox的输出端找到相应模块输出通道的对应接口，接到L9110芯片的6、7引脚，芯片的2、3引脚接到5V直流电源，1、4引脚接到电机，是电机正转或反转，调节虚拟仪表的参数，观察电机转动情况。

4.2控制器设计及仿真

4.2.1PWM控制器

根据MATAB/Simulink，设计出PWM控制器，模型如下：

建立完成模型之后，按照dSPACE半实物平台仿真流程，下载程序至MicroAutoBox中，在dSPACE/ControlDesk上建立监控界面，进行实时在线监测及调参，具体调参及仿真结果如下：

（1）当TransportDelay和TransportDelay1的延迟时间同为1.000时，仿真图像如图所示：

（2）当TransportDelay的延迟时间为5.000，TransportDela1的延迟时间为1.000时，仿真图像如下：

（3）当TransportDelay延迟时间为10.000，TransportDelay1延迟时间不变，仿真图像如下：

（4）当TransportDelay和TransportDelay1的延迟时间同为1.000时，仿真图像如图所示：

参考文献

[1]MatlabReal-TimeWorkshopUser’sGuide.TheMathWorks,Inc,2001.

[2]张旺林，熊诗波，魏晋宏.基于Matlab实时视窗目标的数据采集研究.2003，34（4）：

462-463.

[3]杨涤等.系统实时仿真开发环境与应用.北京：

清华大学出版社，2002.

[4]伍萍辉，刘国繁，唐勇奇.MATLAB/RTW在实时数据采集中的应用.机床与液压.2004，7：

140-141.

[5]高兴泉，李占江，陈虹.三容系统的模糊控制.吉林大学学报（工学版）.

[6]薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.北京：

清华大学出版社，2002.