摘要：系统设计与仿真软件GCKontrol能够对控制系统进行建模、仿真与测试。软件基于模型自动生成的代码能够满足嵌入式系统要求。GCKontrol的模型属于“应用层软件”，能够与“底层软件”一起编译，下载到目标板。本文将给大家展示一个基于STM32 ARM Cortex芯片实现的电机控制案例。

　　基于模型的设计为复杂系统的开发提供了一种数学性的、形象化的方法，其核心在于开发过程中，系统地使用了基于模型的设计思想，包括需求分析、系统架构建模、设计实现、仿真、自动代码生成以及验证和确认。基于模型的设计使开发者能够在项目的早期阶段就发现并改正产品开发的缺陷和设计问题，项目过程中还可以适应不断变化的客户需求，项目末期在通过软件在环(SiL)、模型在环(MiL)、硬件在环(HiL)仿真后，确保最终交付的系统可以满足客户需求。

　　在嵌入式开发中，利用仿真软件的相关功能模块搭建仿真模型后，一个非常重要的步骤就是利用代码生成功能将搭建的系统转化为代码，并且和嵌入式平台的芯片软件工程融合，使我们开发的系统能够在单片机上运行，实现产品的功能要求。

　　在本案例中我们采用世冠科技开发的GCKontrol系统设计与仿真软件来对控制器策略进行建模并生成代码，将代码载入到STM32开发板，（类似于汽车控制中的ECU），对汽车节气门实物进行控制。

　　7.快速原型验证：搭建完整的硬件系统（汽车踏板+STM32控制器+节气门实物）进行快速原型(RCP)验证。

　　用滑线变阻器模拟油门踏板的输入模拟信号-电压信号，脚踩踏油门踏板的深度决定了节气门的开度，节气门的开度又会控制汽油的燃烧，从而提供不同级别的动力。本案例中用滑线变阻器输出电压来表示油门踏板的输出电压。

　　PWM控制电机的基本原理：PWM就是脉宽调制器，通过调制器给电机提供一个具有一定频率且脉冲宽度可调的脉冲电。脉冲宽度越大即占空比越大，提供给电机的平均电压就会越大，电机转速因而越高。反之，脉冲宽度越小，则占空比越小，提供给电机的平均电压就越小，电机转速进而越低。PWM不管是高电平还是低电平时，电机都是转动的，电机的转速取决于平均电压。

　　首先设定节气门的控制策略。由于节气门较为简单，可直接采用传统的PID控制策略，因此主要的工作就是找出控制量和搭建PID控制模型。对于控制量，我们可以设定滑线变阻器的输入量与节气门传感器的输出信号之间的差值来做为PID的控制量。PID的输出量经过放大之后作为节气门内部电机的转矩输入，从而实现整个模型的建立。

　　模型在环的GCKontrol工程如下图所示，被控对象是节气门，节气门由电机驱动，图中右边的子系统是控制器模块，左边的子系统是节气门和电机模型。

　　其中，节气门和电机模型的系统结构如下图所示，输入为PWM波-电压，驱动节气门转动，输出为节气门传感器电压。

　　模型在环系统测试结果如下图所示，油门踏板信号为输入信号，节气门信号是系统的输出信号，实现了节气门信号对油门踏板信号的追踪。

　　GCKontrol支持代码生成，包括C/C++源代码、动态库等文件，自动生成的代码是跨平台、跨硬件的全独立代码，可部署至嵌入式系统，且模型和代码具有一对一关系，易调试和追踪。

　　在GCKontrol的控制器模型做定点运算，需要在GCKontrol模型中的每个模块的信号属性页面进行定点运算配置，包括：数据类型、定标值、偏移等参数。

　　对增益模块FeedForward_DutyGain进行定点运算设置，在信号属性Tab页，输出数据类型选int16，选中定点计算CheckBox，在定标值里选为6，偏移设为3：

　　对常量模块FeedForward_StartPoint 15进行定点运算设置，在信号属性Tab页，输出数据类型选int32，选中定点计算CheckBox，在定标值里选为4，偏移设为-10：

　　对加法模块FeedFwd_duty进行定点运算设置，在信号属性Tab页，输出数据类型选int16，选中定点计算CheckBox，在定标值里选为3，偏移设为55：

　　本案例对控制器算法模型各模块进行定点运算设定后，运行GCKontrol工程，生成定点运算C代码，并将该C代码部署至嵌入式系统（STM32开发板）。

　　调试器连接到单板，在单板执行中插入断点，调试器读取主板内存，读取或写入变量/参数。如下图所示：

　　在本案例中我们采用GCKontrol系统设计与仿真软件来对控制器策略进行建模，仿真测试后生成C代码/定点计算C代码，并将生成的代码载入到嵌入式系统（系统采用STM32开发板，类似于汽车控制中的ECU），最终实现了对汽车节气门实物的控制。