3-Real-Time-Windows-Target

Real-TimeWindowsTarget主讲教师姜洪洲机电学院快速控制原型RapidControlPrototypingTheProcessofimplementingacontroldesignquickly,usingRCPsoftwaretoolsandRCPhardwaretominimizeworkanddelay.参数整定与数据的可视化自动代码生成I/O接口库实时测试自动测试分析设计建模与仿真控制理论自动文档生成Matlab软件中两个重要的实时应用开发工具RTWWindowsTargetxPCTargetWindowsNT与实时操作系统面向家庭和办公用，其不符合实时操作系统的条件。Windows系统各进程的优先级能够动态自动修改，目的是使更多的应用能平等的共享CPU，而这正是实时操作系统应该尽力避免的。优先级太少，只有32个。内部定时器的分辨率只有10毫秒，系统也不能保证定时服务能够及时响应。操作系统庞大，不宜裁减虚拟内存技术占用了大量的CPU时间，程序的执行速度受到影响。Windows带来的好处Win32API已经成为编程标准图形化用户接口(GUI)丰富的硬件驱动程序和应用软件支持功能强大的集成开发环境WindowsNT/NTEArchitectureExecutiveServicesAPII/OSystemSecurityMonitorWin32GDIObjectServicesMemoryMgmtProcesses/ThreadsExec.RTLDeviceDriversHardwareAbstractionLayer(HAL)KernelObjectManagementFileSystemsI/ODevicesDMA/BusControlCacheControlClocks/TimersPrivilegedArchitectureInterruptDispatchRegistryUserKernelSystemProcessesServicesUserAppsEnvironmentSubsystemsInterfaceDLLInterfaceDLLSessionMgrLogonReplicatorAlerterEventLogWin32POSIXOS/2LPCLPC如何解决Windows系统的实时应用问题在设备驱动程序级开发实时应用。与实时应用的通讯困难。取代NT的硬件抽象层(HAL)，提高内部定时器的中断频率。只提高了软实时特性。把NT作为真正的实时操作系统的一个单任务。实时任务与Windows通讯机制复杂。开发与Win32兼容的实时操作系统。Ardence(过去称VentureCom)公司的RTX4.1On-time公司的RT-TARGET32Microsoft公司的WindowsCEMatlabandSimulinkOverviewReal-TimeWindowsTarget1.WhatisReal-TimeWindowsTarget2.工作原理Howtowork3.用途Applications（信号采集、显示、实时控制、半实物仿真、教学等）系统配置要求(systemconfiguration)2.软件要求1.硬件要求相关的工具箱otherMatlabtoolboxes1.Stateflow(可选)2.NCD(NonlinearControlDesign)(可选)3.DialsandGauges(可选)4.VirtualReality(可选)Real-TimeWindowsTarget所需的编译器1.Microsoft的VisualC/C++5.0/6.02.Sybase,Inc.的WatcomC/C++10.6/11.0安装编译器,在matlabcommand窗口中键入:mex-setupReal-TimeWindowsTarget基础1.安装/卸载实时内核installrealtimekernel安装rtwintgt–install或者rtwintgt–setup卸载rtwintgt-uninstall2.确认安装成功checkthattheinstallationiscorrectrtwhortvdp3.开始实时运行startinrealtime4.结束stop5.Real-TimeWindowsTargetLibrary6.I/O板支持(研华、NI)I/O驱动的参数设置I/Odriverparameterssetting1.板卡的基地址(I/Oaddress)2.通道选择(ChannelSelection)3.增益选择(Scale)4.采样时间(Sampletime)参数调整与外部模式ParameterstuningandExternalMode1.仿真模式（normal,acceleration,external）2.在线调整参数(Parametertuningon-line)3.信号的采集，显示，存储(signaltracingandsignallogging)仿真环境参数设置SimulationEnvironmentSettingFixedstep/variablestepSingleTasking/MultiTaskingRtwbuildoptions(systemtargetfile,Maketemplate)Externalmodecontrolpanel实时控制开发过程DevelopmentProcessofRealTimeControl1.系统建模（状态方程，传递函数）2.控制系统频域设计（系统线性化）3.建立Simulink模型（信号发生器、控制器、被控对象、示波器）4.控制系统时域响应优化（考虑非线性因素）5.连接并设置硬件（I/O卡、外部信号接线）6.分离控制器，加入A/D,D/A模块7.建立实时应用8.实时运行并测试9.在线调整参数、显示与存储数据10.数据处理与分析控制系统设计基于频域响应的控制系统设计（线性系统）频宽，增益，转折频率，稳定性伯德图、奈奎斯特图基于控制系统时域响应的优化（非线性系统）上升时间、调节时间、超调和稳态误差NonlinearControlDesign(SimulinkResponseOptimization)考虑系统非线性因素，系统不确定性，自动调整优化控制器参数，满足控制系统时域指标要求。优化目标1.响应约束（时域指标的表达）2.目标函数（约束与响应之间的差值最小）3.优化方法（梯度法，遗传算法，单纯形法）OvershootUndershootSettlingtimeRisetimesteady-stateerror实例Pidtrack_demo被控对象；控制器；非线性因素；不确定性；阶跃响应；响应约束；优化结果优化前控制器参数Kd=1.9688Ki=0.0504Kp=0.63优化后控制器参数Kd=17.7356Ki=0.1259Kp=3.276时域指标响应时间10秒调整时间32.6秒稳态精度1%超调量12%Realtimecontrol控制器参数在线实时优化ResponseOptimizationRealTimeResponseOptimization实时控制开发过程DevelopmentProcessofRealTimeControl1.系统建模（状态方程，传递函数）2.控制系统频域设计（系统线性化）3.建立Simulink模型（信号发生器、控制器、被控对象、示波器）4.控制系统时域响应优化（考虑非线性因素）5.连接并设置硬件（I/O卡、外部信号接线）6.分离控制器，加入A/D,D/A模块7.建立实时应用8.实时运行并测试9.在线调整参数、显示与存储数据10.数据处理与分析用户图形接口应用GUIApplicationsforRTWWindowsTargetSimulinkFrontEndDialsandGaugesToolboxMatlabGUIusingMatlabcommandset_param()几点讨论1.开发者，也是使用者2.系统配置简单，比较适合科研和教育3.源程序完全开放的，不适合知识产权保护4.无法脱离Matlab与Windows环境运行5.用户接口开发较困难参考资料ReferencesTheMathworks,Inc.,Real-TimeWindowsTargetUser’sGuideVersion2,June2001Externalmodecontrolpanel返回定义DefinitionReal-TimeWindowsTargetisaPCsolutionforprototypingandtestingreal-timesystems.Itisanenvironmentwhereyouuseasinglecomputerasahostandtarget.InthisenvironmentyouuseyourdesktoporlaptopPCwithMATLAB®,Simulink®,andStateflow®(optional)tocreatemodelsusingSimulinkblocksandStateflowdiagrams.AftercreatingamodelandsimulatingitwithSimulinkinnormalmode,youcangenerateexecutablecodewithReal-TimeWorkshop®,StateflowCoder(optional)andaCcompiler.Then,youcanrunyourapplicationinrealtimewithSimulinkexternalmode.返回Commandlineinput1IntheMATLABcommandline,typeset_param(gcs,’SimulationMode’,’external’)Simulinkchangestoexternalmode.2Type,set_param(gcs,’SimulationCommand’,’connect’)MATLABloadsthereal-timeapplication,connectsittotheSimulinkblockdiagram,anddisplaysthemessage.3Type,set_param(gcs,’SimulationCommand’,’start’)Simulinkstartsrunningthereal-timeapplication.4Type,set_param(gcs,’SimulationCommand’,’stop’)Simulinkstopsrunningthereal-timeapplication5set_param('vdp/Mu','Gain','1000')ChangetheparameterMu.返回控制器设计与分析DesignandAnalysisofController返回Vanderpolequation221111122211xyxyxxxxxxx返回RealTimeKernelTimerinterruptSchedulerCommunicationwithhardwareSimulinkexternalmode返回上节课内容的回顾RTWin基于PC的快速控制原型开发环境RTWin具有丰富的硬件接口驱动，能够高效快速的自动生成代码对采用RTWin进行实时应用的快速开发有了感性的认识快！？ArdenceRTXArchitectureWindowsXPKernelandDeviceDriversWindowsHALRTXDriverWin32SubsystemWin32ProcessRTX.DLLWin32ProcesswithRTXIPCRTXReal-timeHALExtenderIA32PC–UPorMPHardwarePlatformLPCReal-timeprocess1Real-timeprocessN…RTXRTS