摘 要

科学技术处在不停的发展中，各种硬件开发板的价格日益降低，嵌入式系统的使用也越来越广泛。然而，仍然有许多问题存在于嵌入式系统的开发过程中。有些错误在早期无法被检验出来，只有在最终的验证阶段才能发现，不同的开发人员对于给定的参数以及需求理解不同，导致最后团队工作不一致。以上的问题都在一定程度上延长了开发周期，增加了开发成本，对于研究的结果以及质量都无法保障，所以也增加了嵌入式系统开发的难度。因此，有必要用其它的思路去进行嵌入式开发。

基于模型的设计是一种嵌入式系统开发的思路，本课题主要完成的工作是利用基于模型设计的方法去完成直流电机控制系统的设计。本课题是基于MATLAB/Simulink平台，在该平台下可以使用基于模型设计的各种验证工具，首先运用Simulink搭建直流电机控制系统的模型，对模型进行不断的验证，并且运用各种测试工具完成一系列测试，达到理想的效果，之后运用Simulink自动生成PID控制器代码，最后完成手写代码与自动生成代码的集成。

关键词：基于模型的设计；Simulink；直流电机

Abstract

With the continuous development of science and technology,the price of various kinds of hardware development board is decreasing day by day,and the embedded system is used more and more than before.However, there are still many problems in the development of embedded system.Some errors can not be tested in the early,only in the final validation phase can be found, different developers have themselves understands for the given parameters and the need. All the problems above have increased the development cycle and development costs,the results of the study and the quality can not be guaranteed,also it has increased the difficulty of embedded system development.So,it is necessary for us to use other ideas to carry out embedded development.

Model-Based Design is a kind of embedded system development.The main task of this thesis is to complete the design of DC motor control system with Model-Based Design.This topic is based on MATLAB/Simulink platform,Under this platform, various verification tools based on Model-Based Design can be used.Firstly, the model of DC motor control system was built by using Simulink, then the model is tested with continous validation ,and a series of testing tools are used to complete a series of tests to achieve the desired results.Then ,using Simulink to automatically generate PID controller code,and finally complete the integration of handwritten code and automatically generated code.

Keywords: Model-Based Design；Simulink；DC motor

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 课题研究的现状以及国内外发展情况 2

1.3 研究内容与章节安排 3

第2章 基于模型设计的直流电机控制系统总体设计 4

2.1 基于模型设计概念 4

2.2 基于模型设计的工作流程 4

2.3 直流电机控制系统总体方案 5

2.4 本章小结 7

第3章 基于MATLAB的直流电机控制系统设计与仿真 8

3.1 直流电机数学模型的建立 8

3.2 直流电机控制系统仿真模型搭建 9

3.2.1 电机模型的建立 9

3.2.2 PID控制器的设计 9

3.2.3 参数设计 10

3.2.4 仿真及验证 11

3.3 基于模型设计的相关工具 12

3.3.1 系统测试 12

3.3.2 覆盖率测试 19

3.3.3 模型检测 23

3.3.4 定点模型 24

3.3.5 软件在环测试（SIL） 29

3.3.6代码生成与优化 31

3.4本章小结 33

第4章 直流电机控制系统的硬件电路设计 34

4.1测试环境搭建 34

4.1.1 STM32单片机 34

4.1.2 AQMH3615NS直流电机驱动 35

4.2 底层驱动与自动代码的集成 36

4.2.1 时钟配置 37

4.2.2 串口配置 38

4.2.3定时器4通道2配置 38

4.2.4 定时器6配置 39

4.2.5定时器8通道1的配置 40

4.2.6 转速测量与输出 41

4.3 测试结果以及分析 42

4.4 本章小结 43

第5章 总结与展望 44

参考文献 45

致谢 46

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

当前的科学技术在不停的进步中，用户的需求也越来越高，同时，嵌入式系统的开发任务也越来越庞大，市场的需求也更加的多变，开发人员需要完成的设计任务也在不断增加，同时设计参数也更加模糊。在这些不断增长的需求面前，即使是有着丰富经验和强大技术能力的开发人员也会感到力不从心，难以高效的完成任务。并且目前几乎所有大型复杂系统的设计基本上都是使用文本模式来进行描述的，不同的开发人员的理解肯定会有一定的偏差，这就导致了同一组一同进行设计的开发人员会对同一种描述得出不一样的结果，因此导致一些失误，这是难以避免的。在开发过程中，这种不规范和会产生理解偏差的系统描述方法，由于理解有偏差，经常会使开发人员在后期对系统进行修改，这样一来就不仅延长了开发周期，并且也提高了开发成本。在编写技术规范时会产生相当一部分的错误，这就相当于很多不必要的错误都是编写引入的，对于这些错误，都是要投入资金去修改的。

开发人员建立准确的可执行技术规范还只是完成了一部分任务，但是开发人员建立的可执行技术规范是否符合客户需求，是否能完整的反映出来，这依然是一个需要去解决问题。开发人员建立的可执行技术规范结构可以正常工作运行，但是在客户方面看来，却并不能满足要求，有可能是功能，也有可能是结构。而且，在传统的嵌入式工作程序上看来，在早期设计阶段中产生的错误，往往只有在最后的调试阶段才能发现，这样一来，为了更改最初的设计，需要耗费很多资源，并且由于是最初设计的问题，有可能需要对系统全部更改，重新设计，这样一来相当于之后所做的工作全部白费，浪费了大量的时间精力。