基于Automation Studio的PLC系统设计、仿真及应用简介

第10章MATLAB半实物仿真系统

10.1 MATLAB xPC半实物仿真系统

半实物仿真，又称硬件在回路中的仿真HILS（Hardware In the Loop Simulation），是指在条件允许的情况下尽可能地在仿真系统中接入实物以取代相应部分的数学模型。这样的仿真实验更接近实际情况，从而可以得到更确切的信息。由于在回路中接入实物，半实物仿真系统必须实时运行。

从系统设计的角度讲，半实物仿真系统应当具有面向不同控制对象、具有不同控制规律的仿真能力；从软件开发角度讲，半实物仿真系统应当具有多变量、多参数的处理能力。同时半实物仿真系统能够与各硬件部件之间进行实时或非实时的通信。

MATLAB中的控制类工具箱与Simulink仿真工具为控制系统的分析、设计、仿真、测试和实现提供了强有力的工具，并使得控制系统分析、设计、仿真、测试和实现的手段及方法都有了很大改进。目前，MATLAB已成为国际和国内控制领域最流行的设计仿真实验软件。在控制工程领域内几乎所有控制器在设计和研发的过程中都需要在不同阶段进行仿真和验证，以观察与某些部件相连时的控制算法的性能。计算机仿真目前已成为解决工程问题的重要手段，MATLAB和Simulink软件已成为其中功能最强大的仿真软件之一。

MATLAB的xPC实时开发环境Simulink／RTW理论体系和技术框架，为控制理论算法的研究提供了一个实时的设计、仿真和开发与调试平台，为计算机控制系统的设计和实现提出了一套新的快速原型化的解决方案。

10.1.1 MATLAB xPC半实物仿真平台架构

通常，基于xPC实时控制系统采用宿主机一目标机的技术途径，即“双机”模式：宿主机为一般Pc，使用Windows操作系统，安装MATLAB软件，用于设计、创建目标应用程序；目标机本书采用带ISA插槽的台式工控机，运行实时操作系统内核和应用程序，并通过RS一232串行接口或以太网卡实现和宿主机之间的通信连接。

xPC Target是MathWorks公司提供和发行的基于RTW体系框架的附加产品，可将Intel80x86／Pentium计算机或Pc兼容机转变为一个实时系统，而且支持许多类型的I／O设备版（包括ISA和PCI两种类型）。使用xPC，用户只要在宿主机上安装相应的软件、一个编译器和I／O设备板，就可以将一个PC兼容机作为实时系统，来实现控制系统或DSP系统的快速原型化、硬件在回路中的测试和实时控制系统的功能。xPC不需要在目标机上安装DOS、Windows、Linux或任何一种操作系统，用户只需用特殊的目标启动盘（一般为u盘）。该启动盘内包含了高度优化的xPC目标的实时内核。

《普通高等教育"十二五"规划教材,电气工程自动化专业规划教材:基于MATLAB的控制系统仿真及应用》可作为高等学校自动化和电气信息类专业本科生和研究生教材，也可供从事自动控制及相关专业的工程技术人员学习参考。