V模式開發(fā)流程

1、控制系統(tǒng)研發(fā)而言，技術(shù)人員要面對(duì)兩類基本問題：,在開發(fā)的初期階段，快速地建立控制對(duì)象及控制器模型，并對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行多次的、離線的及在線的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證控制系統(tǒng)軟、硬件方案的可行性，即利用快速控制原型（RCP）進(jìn)行功能測(cè)試和檢驗(yàn)。以快速控制原型檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，可排除大多數(shù)早期設(shè)計(jì)中引入的錯(cuò)誤和缺陷，方便制定詳細(xì)的后續(xù)設(shè)計(jì)規(guī)范，降低項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。,在控制器設(shè)計(jì)完成并付諸生產(chǎn)時(shí)，必須在投放市場(chǎng)前進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試。如果按傳統(tǒng)測(cè)試方法，用真實(shí)的對(duì)象或環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，無(wú)論是人員、設(shè)備還是資金都需要較大的投入，而且周期長(zhǎng)，不易進(jìn)行極限條件下的測(cè)試，試驗(yàn)的可重復(fù)性差，所得測(cè)試結(jié)果可記錄性及可分析性都較差。目前普遍采用

2、的方法是：在產(chǎn)品上市之前，采用真實(shí)的控制器，被控對(duì)象或者系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境部分采用實(shí)際的物體，部分采用實(shí)時(shí)數(shù)字模型來(lái)模擬，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的仿真測(cè)試，即硬件在回路仿真（HILS）。,一般來(lái)說(shuō)，控制器產(chǎn)品的開發(fā)一般包括以下幾部分內(nèi)容： 根據(jù)調(diào)查情況用文字說(shuō)明的方式定義需求和設(shè)計(jì)目標(biāo) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)參考提出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；由硬件人員設(shè)計(jì)并制造硬件電路 控制工程師設(shè)計(jì)控制方案，并將控制規(guī)律用方程的形式描述出來(lái)，由軟件人員采用手工編程的方式實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律 由系統(tǒng)工程師或電子專家將代碼集成于硬件電路中用真實(shí)控制對(duì)象或測(cè)試臺(tái)架對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行集成測(cè)試。,為了滿足越來(lái)越緊迫的工期要求，研發(fā)單位大多采用并進(jìn)式的工作方法，即并行

3、工程。在此過(guò)程中，控制系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和質(zhì)量要求以及研發(fā)需求發(fā)生的變化（如被控對(duì)象發(fā)生變化這在大系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常常見），使得控制器的設(shè)計(jì)必須隨時(shí)做出合適的調(diào)整，這些調(diào)整通常都基于對(duì)已經(jīng)形成的產(chǎn)品部分的集成實(shí)驗(yàn)測(cè)試。,實(shí)際上，傳統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程往往存在一定的盲目性。因?yàn)橹挥性谡麄€(gè)系統(tǒng)中所有或大部分的零部件形成樣機(jī)后，才能進(jìn)行集成控制系統(tǒng)的閉環(huán)測(cè)試，很多問題在產(chǎn)品開發(fā)的后期階段才逐漸凸現(xiàn)出來(lái)，這樣就造成了很大的麻煩，例如可能會(huì)：,在對(duì)控制規(guī)律的控制特性或控制效果缺乏把握的情況下，硬件電路已經(jīng)制造了，而此時(shí)還未能確認(rèn)設(shè)計(jì)方案能在多大程度上滿足要求，抑或根本就不能滿足要求但已產(chǎn)生了較大的硬件投入資本

4、。 存在手工編程會(huì)產(chǎn)生代碼不可靠的問題。在測(cè)試過(guò)程中如果出現(xiàn)問題（在大多數(shù)情況下這是必然的），就很難確定是控制方案不理想還是軟件編碼錯(cuò)誤。而且手工編程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要等很長(zhǎng)時(shí)間才能再次對(duì)控制方案設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證和測(cè)試，如果方案不合適，就意味著前期投入的浪費(fèi)，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)很高。 即使軟件編程不存在問題，如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)控制方案不理想，需要進(jìn)行修改，則又要開始新的一輪改進(jìn)工作。大量的時(shí)間又將耗費(fèi)在軟件的修改和調(diào)試上。另外，由于涉及的部門多，再加上管理不善所引入的種種不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致開發(fā)進(jìn)度頻繁延期，結(jié)果產(chǎn)品雖然研制成功，但市場(chǎng)初始需求已經(jīng)發(fā)生變更，商業(yè)機(jī)會(huì)錯(cuò)失，開發(fā)以仍以失敗告終,V模式開發(fā)流程,現(xiàn)代化的V模式依

5、托計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（CACSD：Computer-Aided Control System Design），將計(jì)算機(jī)支持工具貫穿于控制系統(tǒng)開發(fā)測(cè)試的全過(guò)程。計(jì)算機(jī)不僅可以輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和離線仿真，還用于實(shí)時(shí)快速控制原型、產(chǎn)品代碼生成和硬件在回路測(cè)試。這里“V”代表著“Verification”和“Validation”，這樣就形成一套嚴(yán)謹(jǐn)完整的系統(tǒng)開發(fā)方法，一般包含以下幾個(gè)階段：,第一階段 功能需求定義和控制方案設(shè)計(jì),在傳統(tǒng)方法中，這一過(guò)程的產(chǎn)物就是幾千字甚至幾萬(wàn)字的文字說(shuō)明。在現(xiàn)代方法中為了避免文字說(shuō)明的模糊性及理解性錯(cuò)誤，詳細(xì)說(shuō)明將采用模型方式，可以用信號(hào)流圖的方式（

6、Simulink模型）進(jìn)行定義。 控制方案的設(shè)計(jì)也不再采用過(guò)去的那種先將對(duì)象模型簡(jiǎn)化成手工可以處理的形式，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手工設(shè)計(jì)的方式，而是用諸如MATLAB/SIMULINK等計(jì)算機(jī)輔助建模及分析軟件建立對(duì)象盡可能準(zhǔn)確的模型，并進(jìn)行離線仿真，從而避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)象過(guò)于簡(jiǎn)化帶來(lái)的設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿足實(shí)際對(duì)象要求的尷尬局面。,第二階段 快速控制原型（RCP）,按現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，方案設(shè)計(jì)結(jié)束后，無(wú)須等待軟件工程師的編程和隨后的代碼硬件集成，而是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具自動(dòng)將控制方案框圖轉(zhuǎn)換為代碼并自動(dòng)下載到硬件開發(fā)平臺(tái)，從而快速實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的原型。原型中包括實(shí)際系統(tǒng)中可能的各種I/O，軟件及硬件中

7、斷等實(shí)時(shí)特性。之后，就可以利用計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)測(cè)試管理工具軟件進(jìn)行各種測(cè)試，以檢驗(yàn)（Validation）控制方案對(duì)實(shí)際對(duì)象的控制效果，并在線優(yōu)化控制參數(shù)。此時(shí)即使模型需要大規(guī)模修改，重新形成測(cè)試原型也只需要幾分鐘的時(shí)間。這樣在最終實(shí)現(xiàn)控制方案之前，就可基本確認(rèn)最終方案和效果，避免過(guò)多的資源浪費(fèi)和時(shí)間消耗。,第三階段 生成代碼,傳統(tǒng)的人工編程很容易引入缺陷，速度較慢；現(xiàn)代開發(fā)方法則不同，產(chǎn)品代碼的大部分由機(jī)器自動(dòng)生成。對(duì)大多數(shù)工程師而言，如果能夠加快開發(fā)速度，損失代碼的部分實(shí)時(shí)運(yùn)行效率是可以接受的，而且機(jī)器自動(dòng)編碼，很容易避免人為的各種錯(cuò)誤。,第四階段 硬件在回路仿真（HILS）,有了控制產(chǎn)品的

8、初樣，還必須對(duì)其進(jìn)行全面綜合的測(cè)試，以對(duì)照確認(rèn)（Verification）產(chǎn)品與實(shí)際指標(biāo)要求，特別是故障情況和極限條件下的測(cè)試。但如果用實(shí)際的控制對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，很多環(huán)境條件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，抑或要付出高昂的代價(jià)。 現(xiàn)代開發(fā)方法中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具（軟件/硬件）將再次發(fā)揮作用，可以用HILS的方法和工具進(jìn)行各種條件下的測(cè)試，特別是故障和極限條件下的測(cè)試。這是傳統(tǒng)開發(fā)方法所不具備的。,第五階段 系統(tǒng)集成測(cè)試/標(biāo)定,產(chǎn)品型控制器制造完成后，需要與其它子系統(tǒng)連接起來(lái)，構(gòu)成完整閉環(huán)進(jìn)行全面、詳細(xì)的測(cè)試，以確認(rèn)產(chǎn)品符合各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和需求定義。這一階段的主要困難是，并行開發(fā)過(guò)程中，其它子系統(tǒng)部分未能就緒，無(wú)法集成。HILS應(yīng)用可以替代閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中那些尚未就位或者不易獲取的部分，