1、1 2017 The MathWorks, Inc.永磁同步电机（ PMSM）解决方案MathWorks2目录 解决方案理念 基于模型的设计 解决方案 1 控制（驱动）侧建模、验证以及代码生成 解决方 案 2 被控对象侧建 模 所需产品和咨询服务一览表3基于模型的设计4In-the-Loop Testing （在环测试）MIL主要考察模型的逻辑正确性。SIL指的是将驱动器的部分通过 Embedded Coder生成 C代码，然后将 C代码编译后和电机模型联合测试。 SIL主要考察 C代码生成的正确性。PIL指的是将驱动器的部分生成代码加载到处理器上，通过外围接口和电机模型联合测试。 PIL主要
2、考察 C代码到汇编语言的编译链接以及在处理器上执行的正确性。HIL指的是将成品电机驱动器和在高速实时工控机上运行的电机模型，通过实时总线进行联合测试。 HIL主要考察在实时环境下电机驱动器的逻辑和性能。做各级在环测试的理由：1）减少对实物测试的依赖 2）模拟各种难以模拟的工况 3）增加开发效率5Model-in-the-loop在 建模和仿真的过程中可注意如下几点： 可通过 Simulink Check 进行模型的静态检测，例如 MAAB、 ISO26262、 MISRA等检查规则 可通过 Simulink Test进行模块级别单元测试，同时可通过 Simulink Coverage检测模型的
3、覆盖率 可通过 Simulink Design Verifier进行模型死区检测和自动生成一些测试用例（用来补足模型的测试覆盖率）6Compiled C CodeS-Function(Windows DLL)CodeGenerationSoftware-in-the-loop7Processor-in-the-loopProduction ProcessorCodeGeneration8Real-Time HIL SystemHardware-in-the-loopWiring andSignal ConditioningECU or MicroControllerCodeGeneration
4、CodeGeneration9代码生成 驱动部分生成代码（通过 Embedded Coder） MathWorks推荐使用非 Hardware Support Package 方式作为最终生产环境 生成的代码为应用层代码，调用芯片（板卡）厂商自带驱动 源代码集成有助于差错和通过相关安全认证 Hardware Support Package主要用于前期验证 代码为标准 C，可以和任何操作系统、调度模式紧密集成 效率高、可读性高、可靠性高 支持 AUTOSAR Embedded Coder通过 IEC61508 、 ISO26262、 IEC62304、 IEC50128、IEC61511认证10
5、符合 AUTOSAR标准 的控制软件开 发 AUTOSAR是一种汽车电子的标准架构，由 ASW、 RTE、 BSW等层次组成。 Simulink可通过 Embedder Coder产生符合 AUTOSAR架构的代码，该代码直接调用 RTE接口。 一般来说， Simulink支持两种开发模式： 自 上而下模式 指的是 Simulink可以导入如 Davinci Developer等基于标准 AUTOSAR的架构工具的ARXML文件，然后在此基础上进行 ASW内部的 runnable的设计，在设计完成后可生成可调用 RTE的代码 自 下而上模式 指的是 Simulink可以已经做好的控制模型，将原
6、有的非 AUTOSAR输入输出接口配置成 AUTOSAR的输入输出接口，形成标准的 ASW。此后，可生成可调用 RTE的代码 Simulink对 AUTOSAR的支持可通过从网上下载 AUTOSAR支持包来完成，无需额外的许可证支持。11ISO26262标准的合 规 （一） MathWorks产品对于 ISO26262标准的合规主要体现在第六章和第八章。第六章为软件部分，第八章为工具和支持过程。 在第六章中， ISO26262提出了 15个表格。每个表格中针对不同的 ASIL等级，对一些软件开发过程中的技术做了不同层次的要求。用户需要证明其软件开发过程符合这些要求。 MathWorks在 IE
7、C Certification Kit中的 Model-Based Design for ISO 26262文档中对于每一个表格都有相应的技术应对。12ISO26262标准的合 规 （二） 第八章中， ISO26262对开发过程中使用到的软件做了一些规定。 MathWorks的 Embedded Coder, Simulink Design Verifier, Simulink Check, Simulink Coverage, Simulink Test, PolySpace Bug Finder, PolySpace Code Prover 都被 TUV严格做了以下审核和认证 ： SUV出
8、具了对这些产品的工具认证报告 MathWorks推荐了这些产品的使用流程 TUV针对以上使用流程的若干使用场景做了 TCL（工具置信度）的事先划 分 在 实际认证过程中，如果为 TCL1则无需做额外的工具资格认定（ tool qualification），例如 Embedded Coder如果严格按照 MathWorks推荐的流程来使用，则为 TCL1 如 果为 TCL2或者 TCL3，则用户需要做工具资格认定， MathWorks提供了工具资格认定所需的测试用例，用户只需要运行即可 用 户须为以上被预认证过的产品提供一份 TQP(Tool Qualification Package) 和 C
9、DT (Conformance Demonstration Template)，用来说明该产品是如何被资格认定的。 MathWorks提供了文档模板 以上的证书、模板和测试用例都可在 IEC Certification Kit中找到。13电机建模（被控对象建模） MathWorks能提供三种不同精度的永磁同步电机被控对象模型 ： 线性模型 转矩和电流为线性方程 非线性饱和模型 转矩和电流的关系为非线性饱和型 饱和加空间谐波模型 转矩和电流的关系为饱和加空间谐波型14线 性模型的建立 Simulink中的 Simscape Power Systems以及 Powertrain Blockset都
10、提供了线性模型供设计参考。 线性模型所需参数： 如何获取参数：15非线性饱和模型的建立 Simulink中的 Simscape Electronics以及 Powertrain Blockset都提供了非线性饱和模型供设计参考。 用户可通过两种方式获取数据后填充这些模型（即填充 Nonlinear Flux 和 Current 表格） 这 两种获取数据方式为电机台架测试（ Dyno Testing）和有限元分析（ FEA）- 0 . 1- 0 . 0 500 . 0 50 . 1- 0 . 2- 0 . 100 . 10 . 2- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 005001000
11、1500dv .sqv .siqA- 0 . 1- 0 . 0 500 . 0 50 . 1- 0 . 2- 0 . 100 . 10 . 2- 8 0 0- 6 0 0- 4 0 0- 2 0 00200dv .s q v .s idAdinqinq n d n 1Z1 1d n q nqvnd1Z1 din 1qin 3 22e d q q dpT n n i n n i n eTn 1 1 1 1 1 1 1 1 d d S d S d e qq q S q S q e dn n T v n R i n n nn n T v n R i n n n di L ook up T ableq
12、i L ook up T ableCalc ula te F luxC al c ul at e T orqu e 1 (1 / ) ( 1 )r m r m S e L r mn n T J T n T n B n e r mn P P n L1Ze n 1e nC a lc u la te S p e e d16饱和加空间谐波模型的建立 饱和加空间谐波模型的建立只有通过 FEA的方式获得， MathWorks工程师为用户提供了 ： 基 本的饱和加空间谐波模型的 Simulink模型框架 通 过不同 FEA（ ANSYS,JMAG等）工具获取数据后的处理脚本（处理导入数据至模型框架）17所需
13、产品模块 （一） ：电 机驱动控制部分模块 作用Matlab科学计算平台 ， 内置各种基本数学函数 ， 包括算法开发 、 数据计算与分析以及图像显示 、 界面开发 ， 为基本模块Simulink 状态机 、 流程图仿真 ， 主要用于逻辑算法建模Stateflow 离散事件系统建模Simulink Check 建模规范检查Simulink Coverage 功能测试后模型和代码覆盖率检查Simulink Test 用来建立测试单元平台 ， 构建和管理测试用例Simulink Real-Time提供实时仿真环境的软件部分 ， 包括实时仿真内核与一系列板卡驱动 ， 可以将模型编译下载到仿真机 ， 实
14、现实时仿真 (需要 Simulink Coder)Simulink Design Verifier基于形式化的方法识别模型设计错误 (自动进行模 型 分 析 而 不 需 要 测 试 用 例 ) ；基于覆盖度以及设置的功能需求生成测试用例；属性证明并在存在不满足属性时生成相应的测试用例Polyspace Bug Finder 源代码静态检查Polyspace Code Prover形式化的方法 (基于代码分析不需要测试用例 )证明源代码里是否存在运行时错误 (run-timeerror)18所需产品模块 （二） ：电机被控对象部分模块 作用Simscape 物理建模平台 ， 提供了一些基础的元器
15、件模块Simscape Electronics提供了为电路系统以及机电系统建模仿真的电路元器件库 。 包括各种半导体器件 、 驱动电路 、 电机 、 放大器模块 、 逻辑元器件等等 ， 可以用来开发各种机电系统 ， 或者分析各种电路结构Simscape Power Systems提供用于建模和仿真电力系统的组件库和分析工具 。 组件库包括电力组件的模型 ， 如三相电机 、电气驱动器 ， 以及针对诸如柔性交流输电系统(FACT) 和可再生能源系统等应用的组件 。 谐波分析 、 总谐波失真 (THD) 计算 、 负荷流以及其他关键电力系统分析都自动化进行Powertrain Blockset 提供
16、了汽车动力系统中的物理模型库 ， 控制系统参考设计库 ， 以及整车仿真的示例19所需产品模块 （三）：代码生成部 分模块 作用MATLAB Coder 将 MATLAB脚本生成 C/C+代码Simulink Coder将 Simulink(Stateflow)模型生成 C/C+代码 (用于测 试 仿真 )Embedded Coder将 Simulink(Stateflow)模型生成 C/C+嵌入式代码20咨询服务（一）： 电机控制模 块 C语言 转 MBD描 述：选择一个大小合适的模块，例 如速度控制、 FOC、扭矩控制等。MathWorks技术顾问帮助从传统的 C语 言开发模式转 化成 MB
17、D。服务描述 预估天数 （ 以 服务部门 具 体计算为准 ）Simulink/Stateflow模块搭建 10基于模型的测试环境建立 ， 测试用例建立 ， 测试覆盖率计算 ，20代码生成 、 系统集成 10符合 AUTOSAR模型的建立与配置（ optional）1021咨 询服 务（二） ：高精度电机模型建立服务描述 预估天数 （ 以 服务部门 具 体计算为准 ）线性电机模型的建立 3非线性饱和模型的建立 10饱和加空间谐波模型的建立 15与电机控制模型联调 、 形成闭环 10指导 MIL/SIL/PIL/HIL 20描 述：基于电机台架的测试数据和 FEA数据，建立高精度电机模型，然后与电
18、机控制模型形成闭环控制。可进行各级在环测试22咨询服务 （三） ： ISO26262-6 流程咨询描 述：在模型、代码生成、测试用例和覆盖度、各级在环测试的基础上，指导进行符合ISO26262-6标准的流程评估、修改和落地具体时长待评估后定 (半年以上）关键活动 Requirements traceability Requirements-based testing and coverage of models Model standards checking using Simulink Model Advisor Reviews, static analysis, and inspecti
19、on of software and model architecture Test case generation and design analysis using Simulink Design Verifier Tool configuration and code generation using Embedded Coder Software-in-the-loop and processor-in-the-loop testing of generated and compiled code Tool qualification using IEC Certification Kit (for ISO 26262) Generation of work products needed for ISO 26262 compliance23谢谢
