如何发挥MBD的最大效益

若要发挥MBD的最大效益，理解电机控制系统不同部分的建模详细要求并尽可能将关键物理系统参数与相应模型参数相匹配很重要。这包括将已建模的系统分隔为不同的详细部分。总体而言，以PWM平均值方式对整个系统建模就足够了。例如，在高频PWM开关周期中以平均值处理所有信号，并且在电压或电流信号中不包含PWM纹波或开关分量。
　　系统模型分隔至逻辑模块内，如图5所示（图中显示相关信号流）。 每一个模块再进一步细分（如图中右侧所示），且每一个子模块采取适当的建模方法，如表1中所列。表中未列出用户命令模块。 用户命令通过C语言代码内部的全局参数结构与内核算法通信；一旦它们在Simulink算法中定义为全局可调参数后，便可正确处理。 

图5. 系统模型分隔

　　*括号中的数字对应图5中的框图。
　　除了基本设置（比如类型大小、字节顺序等），通过使自动代码生成变为不针对某个特定目标，便可最大程度实现代码便携性和易于维护。 MathWorks提供特定处理器的代码生成模块，可直接寻址处理器外设和驱动器。 虽然某些情况下这种功能非常吸引人，其缺陷是代码便携性不足，且设备驱动程序或外设配置的任何改变（比如新处理器变体）都将要求更改代码。因此，在本文所述的设计示例中，代码生成仅限控制算法，而Simulink模型包含全部外设函数模型，并在应用项目中手动编码。此方法在图6中强调；由图可知，MathWorks控制器模型生成的代码连接至主应用程序项目的其它代码和库模块。 

图6. 模型代码接口
　　带分隔模型模块的Simulink模型如图7所示。如图所示，代码由模型的电机控制算法部分生成。代码生成的重要设置可在配置代码 → 硬件部署窗口中选择（该窗口中可以选择整体设备类型），以及在配置参数 → 代码生成 → 接口窗口中选择（在该窗口中选择标准数学库）。
　　影响代码效率的另一个因素是使用的C语言“方言”。 大部分代码生成工具以及嵌入式工作台支持的常见“方言”是C89/C90和C99。最重要的是，在工具中应当使用相同的“方言”。例如，如果嵌入式工作台配置为根据C99构建代码，则自动代码生成工具必须同样依据C99标准构建代码。如果不能做到这一点，则代码性能会大打折扣，甚至在最差的情况下会使代码产生非预期的作用。
　　另一个重要的因素是定点和浮点类型表示。两种编码“方言”均支持定点，因此这种情况下选择何种“方言”并不重要，只要在所有工具中使用相同的“方言”即可。然而，如果使用了浮点类型，则C“方言”的选择就变得很重要。
　　C89/C90不区分单精度浮点和双精度浮点。如果代码要在支持双精度的处理器上运行，那这样做也许是可以接受的；但对于仅支持单精度的处理器而言（比如ARM Cortex-M4），情况就大为不同了。 请记住，应当确保自动代码生成工具以及嵌入式工作台设置为使用C99“方言”。
　　Simulink提供Simscape和SimMechanics等工具箱，当物理参数已知时可用来为机电系统轻松建模。 即使物理参数未完全特性化，预定义组件模型（比如电机）可以加载大致相当的规格，实现电机控制算法的初步设计。就算法本身来说，某些模块很有用，比如Park变换和正弦余弦CORDIC近似模块可以简化电机控制算法的开发。
　　自动代码接口由初始化函数调用和一个或多个时间步长函数调用定义，必须在主应用程序代码内以适当的时间步长调用。本例中有两个时间步进函数——主控制算法，在10 kHz PWM速率时调用，以及速度测量函数，在1 kHz速率时调用。自动生成的代码模块集成至主项目中，如图8所示。 

图7. 建模和代码生成部署 

图8. 代码模块组织和算法函数调用
　　如图所示，代码以模块化方式组织，集成特定应用函数，比如联网和保护，非常直观。高优先级任务（比如电机控制算法）从图3中的ISR处调用。应用程序级任务从基本调度程序内核处作为调度任务调用。 MC接口例程包含于电机控制和测量代码模块中，后者包含所有电流反馈信号处理代码。ADI电机代码包含用于系统测试的调试监视器函数，可以在电机运行时捕捉应用和控制算法信号数据。数据通过串行链路传输至PC，以供显示和分析。