[发明专利]一种基于Matlab的半物理仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于Matlab的半物理仿真方法，根据控制对象的物理原理或数学原理，建立控制对象的物理模型；然后根据控制对象的物理模型建立控制对象控制器控制策略的架构和流程；最后根据控制对象控制器控制策略的架构和流程使用支持CCP协议的第三方标定工具完成仿真系统的标定和数据观测，通过采用仿真平台Matlab\Simulink软件和CAN收发工具实现了一种简单快捷、成本低廉的半物理仿真方法，进行仿真既可实现简单半物理仿真，成本和功能简单，实现方法简单、快捷、易实现，适合用于简单控制对象的仿真控制领域，通过这种简单快捷、成本低廉的半物理仿真的方法，减少真实环境实验的成本，加快开发进度。

技术领域

本发明属于物理建模技术领域，具体涉及一种基于Matlab的半物理仿真方法。

背景技术

当今汽车行业，经过多年探索，业界普遍采用基于模型的控制器开发“V”模式，如图5所示。该模式可以很大程度地减少反复过程、缩短开发周期，以节省成本。该模式除应用于汽车用ECU开发外，也已成功应用到航空、国防、“白色”家电、医疗设备、工业过程控制等领域。

控制器开发“V”模式采用以下工作模式：

系统定义：根据控制系统设计要求，完成设计规范，如控制算法、控制对象参数等；往往需要以往的设计经验、试验数据作参考。

设计、仿真：根据控制系统定义，将整个系统在计算机软件环境下实现，即对控制器的控制逻辑、控制对象环境进行建模仿真，以帮助设计者在先期就对系统指标、误差等进行快速评估；仿真工具主要有NI LabVIEW、The MathWorks,Inc.Matlab\Simulink、MATRIXx等。

快速原型：因为软件仿真不能完全体现实际的动态环境，需要开发一个控制器硬件原型用以在真实环境下验证算法，即将控制器模型下载到一个实时硬件平台，并通过I/O连接至真实环境中的传感器、执行器并进行测试，该过程即快速原型，也常称为软件在环。选用实时硬件平台是为了仿真的时效性、确定性和稳定性。

代码生成与软件测试：控制器模型在通过快速原型环节验证之后，将该模型自动或手工生成C代码或其它支持类型的代码，并下载到ECU的微控制器。并对所产生的目标代码进行测试。

硬件在环：硬件在环(Hardware in the Loop)是指将已下载目标代码的ECU通过I/O连接至先前建立的环境模型(硬件在环仿真器)，并测试该ECU在各种工况下的功能性和稳定性。硬件在环是一个闭环的测试系统，可重复地进行动态仿真；可在试验室里仿真夏季和冬季的道路试验，无需真实的测试环境组件，节约测试成本；可进行临界条件测试和模拟极限工况，如发动机水温和油温、ABS试验时车速和道路附着系数，没有实际风险；并可通过软件(模型)、硬件(故障输入模块)来模拟开路、与地短接、ECU引脚间短接等错误，以及模拟传感器、执行器出错情况。

系统标定和测试：在完成关键的硬件在环之后，将修正后的控制器连接至真实I/O环境，并进行台架试验、道路试验，直至最后生产出厂。

目前在基于V字型模型开发方式中，物理硬件在环仿真主要针对复杂的的控制，其控制对象多使用现成的或者商业的物理或者数学模型，运行在HIL设备上，这些HIL及控制对象的物理学模型价格不菲，对小企业或者比较简单的控制对象来说，使用成本非常高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Matlab的半物理仿真方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Matlab的半物理仿真方法，包括以下步骤：

步骤1)、根据控制对象的物理原理或数学原理，建立控制对象的物理模型；

步骤2)、根据控制对象的物理模型建立控制对象控制器控制策略的架构和流程；