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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）（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主要考察C代码到
2、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检测模型的覆盖率 可通过Simulin
3、k 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 Code S-Function (Windows DLL)Code GenerationSoftware-in-the-loop7Processor-in-the-loopProduction ProcessorCode Generation8Real-Time HIL SystemHardware-in-the-loopWiring and Signal ConditioningECU or MicroControllerCode GenerationCode Gen
4、eration9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AUTOSAREmbedded Coder通过IEC61508 、ISO26262、IEC62304、IEC50128、 IEC61511认证10符合AUTOSAR标准的控制软件开发AU
5、TOSAR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
6、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IEC Certification Kit中的Model-Based Design for ISO 2
7、6262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
8、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CDT (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
9、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Powertr
10、ain 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）-0.1-0.0500.050.1-0.2-0.100.10.2-1500-1000-500050010001500d v.sq v.siq A-0.1-0.0500.050.1-0.2-0.100.10.2-800-600-400-2000200d v.sq v.sid A di n qi n qn dn1Z1Z1dn1qn qv n dv n1Z1
11、Z1di n1qi n3 2 2edqqdpT nn i nn i n eT n 1 111 1 111ddSdS deqqqSqS qednnTv nR i nnnnnTv nR i nnn di LookupTableqi LookupTableCalculate FluxCalculateTorque 1(1/ )( 1)rmrmSeLrmnnTJ T n T nBn ermnPPn LT n1Z en1enCalculateSpeed16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Simu
12、link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
13、，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-time error)18所需产品模块 （二）：电机被控对象部分
14、模块作用 Simscape物理建模平台，提供了一些基础的元器件模块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
15、Blockset提供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MBD。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/HIL20描述： 基于电机台架的测试数据和FEA数据，建立
