（完整版）DSPACE应⽤简介
⼀、dSPACE 简介
dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的⼀套基于MATLAB/Simulink 的控制系统在实时环境下的开发及测试⼯作平台，实现了和MATLAB/Simulink 的⽆缝连接。dSPACE 实时系统由两⼤部分组成，⼀是硬件系统，⼆是软件环境。其中硬件系统的主要特点是具有⾼速计算能⼒，包括处理器和I/O 接⼝等；软件环境可以⽅便地实现代码⽣成/下载和试验调试等⼯作。dSPACE 具有强⼤的功能，可以很好地完成控制算法的设计、测试和实现，并为这⼀套并⾏⼯程提供了⼀个良好的环境。dSPACE 的开发思路是将系统或产品开发诸功能与过程的集成和⼀体化，即从⼀个产品的概念设计到数学分析和仿真，从实时仿真实验到实验结果的监控和调节都可以集成到⼀套平台中来完成。dSPACE 的软件环境主要由两⼤部分组成，⼀部分是实时代码的⽣成和下载软件RTI（Real-Time Interface），它是连接dSPACE 统与MATLAB/Simulink 纽带，通过对RTW（Real-Time Workshop）进⾏扩展，可以实现从Simulink 模型到dSPACE 实时硬件代码的⾃动下载。另⼀部分为测试软件，其中包含了综合实验与测试环境（软件）Co ntrolDesk、⾃动试验及参数调整软件MLIB/MTRACE、PC 与实时处理器通信软件CLIB 以及实时动画软件RealMotion 等。
⼆、dSPACE的优点
dSPACE 实时仿真系统具有许多其它仿真系统具有的⽆法⽐拟的优点：
1、dSPACE 组合性很强。
2、dSPACE 的过渡性和快速性好。由于dSPACE 和MATLAB 的⽆缝连接，使MATLAB ⽤户可以轻松掌握dSPACE 的使⽤，⽅便地从⾮实时分析、设计过渡到实时的分析和设计上来，⼤⼤节省了时间和费⽤。
3、性能价格⽐⾼。dSPACE 是⼀个操作平台，它可⽤于许多产品的开发或实时仿真测试，⽽不是⼀物⼀⽤。dSPACE 是基于PC 机的Windows 操作系统，dSPACE 实时系统与主机的硬件接⼝使⽤标准ISA 总线，从⽽避免⽤户再投资别的设备。
4、实时性好、可靠性⾼。
基于这些优点，dSPACE 已⼴泛应⽤于航空航天、发动机、机器⼈及⼯业控制领域。也正是由于dSPA互联网情报
CE 这些优点的存在，使得控制系统的开发、产品型控制器的仿真测试变得更加⽅便易⾏，⼤⼤加快了新产品的研制速度，也使控制算法及仿真测试⽅案的研究进⼊更⾼的境界。
三、dSPACE 软件环境介绍
3.1 代码的⽣成及下载软件
描述控制系统的C 代码可以由Simulink ⽅框图⾃动⽣成并下载到实时系统硬件中，这项⼯作主要由MATLAB/ RTW 与dSPACE 系统中的RTI 来完成。RTI 的使⽤⽅法就是⽤图形⽅式从dSPACE 的RTI 库中选定相应的I/O 模型，将其拖放到⽤Simulink 搭建的系统模型⽅
框图中，并指定I/O 参数以完成对它的选定，选定后，只要⽤⿏标点击⼀下对话框中的Build 命令，RTI 就会⾃动编译、下载并启动实时模型。另外，RTI 还根据信号和参数产⽣⼀个变量⽂件，可以⽤dSPACE 的试验⼯具软件如ControlDesk 来进⾏变量的访问。当仿真系统⽐较复杂时，就需要RTI－MP 的帮助以完成多处理器系统的设计并建⽴多处理器⽹络结构。
3.2 测试软件
dSPACE 提供的测试软件主要有：ControlDesk 综合实验环境、MLIB/MTRACE 实现⾃动试验及参数调整软件。
1、ControlDesk
ControlDesk 是dSPACE 公司开发的新⼀代综合试验和测试软件⼯具，提供对试验过程的综合管理，它可实现的功能包括：
1) 对实时硬件的可视化管理
2) ⽤户虚拟仪表的建⽴
3) 变量的可视化管理
4) 参数的可视化管理
5) 试验过程的⾃动化横山大刀队
2、MLIB/MTRACE
南传术数利⽤MLIB 和MTRACE，可以⼤⼤增强dSPACE 实时系统的⾃动试验能⼒。使⽤这两个库可以在不中断试验的情况下从MATLAB 直接访问dSPACE 板上运⾏的应⽤程序中的变量。甚⾄⽆需知道变量的地址，有变量名就⾜够了。这样就可以利⽤MATLAB 的数字计算及图形能⼒进⾏顺序⾃动测试、数据记录和控制参数的优化。MLIB 和MTRACE 联合使⽤可组成⼀个完美的整体。有MATLAB 强⼤的计算能⼒做⽀持，可以⾃动执⾏所能想到的任何试验。⽐如控制器的优化：⽤MTRACE 记录数据，然后将数据传送给MATLAB。MATLAB ⾃动计算出新的控制器参数，并通过MLIB 送回处理器板或控制板，⽰意图如下图所⽰：
总之，dSPACE 是进⾏基于Simulink 模型半实物仿真和实时控制的⾸选⼯具，利⽤以上软件⼯具可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程如下图1 所⽰。
四、dSPACE硬件体系介绍
dSPACE的硬件体系主要有以下⼏个部分构成：
1、单板系统
单板系统主要由CPU与外围I/O集成部分以及DS1103及DS1104
处理器板等；
2、组件系统
图2硬件系统⽰意组件系统则是由处理器板、I/O板、多处理器系统等⼏部分构成；
3、其他硬件
主要包括扩展箱、单主机多系统的连接板、连接器和LED板等，根据实验⽬的的不同会做出相应的改变。
五、利⽤dSPACE 进⾏控制系统的开发
我们在进⾏控制系统的开发时，常常需要⾯临许多难以解决的问题，⽽开发的时间却要求愈来愈紧迫。由于制造过程中存在误差、⽼化及元器件装配等问题，对控制系统提出了相当⾼的可靠性要求；对控制性能越来越⾼的要求使控制算法也越来越复杂；并⾏⼯程要求设计、实现、测试及⽣产准备同时进⾏；有时控制对象在开发过程中也在不断发⽣变化。由上述过程可以看出，传统的开发⽅法⾄少存在三个较⼤的问题：
在对控制规律的控制特性或控制效果还没有⼀点把握的情况下，硬件电路已经制造了，这时还不知道设计⽅案能在多⼤程度上满⾜要求，或者根本不能满⾜要求。
教学改革设想由于采⽤⼿⼯编程，会产⽣代码不可靠的问题，这样在测试过程中对出现的问题，很难确定是控制⽅案不理想还是软件代码有错误。更重要的是⼿⼯编程将会占⽤⼤量的时间，导致虽然有了控制⽅案，却要等待很长的时间才能对其进⾏验证和测试，从⽽在不知道⽅案是否可⾏的情况下就浪费了⼤量的时间、⼈⼒和物⼒，给开发带来了不必要的开⽀和经济损失。
即使软件不存在问题，如果在测试过程中发现控制⽅案不理想，需要进⾏修改，则新的⼀轮⼯作⼜将开始。⼤量的时间⼜将耗费在软件的修改和调试上。另外，由于涉及的部门和⼈员过多，再加上管理不善造成的种种不协调，导致开发周期长⽽⼜长。⽽⽤dSPACE 提倡的基于模型⾯向应⽤的现代化开发⽅法则要有效的多。现代开发⽅法的最重要的特征就是计算机辅助控制系统设计（CACSD：Computer-Aided Control System Design）。将计算机⽀持⼯具贯穿于控制系统开发测试的全过程。CACSD 不仅仅是进⾏控制⽅案的设计和离线仿真，还包括实时RCP、产品代码的⽣成和硬件在回路测试，这是⼀个完整的流线型控制系统开发步驟。
dSPACE 为流线型控制系统的开发提供了⼀套CACSD的⼯具包CDP（Control Development Package）。CDP 主要基于下列⼯具：
1、MATLAB：⽤于进⾏模型的分析、设计、优化和数据的离线处理；
2、Simulink:⽤来进⾏基于⽅框图的控制系统离线仿真；
3、Real-Time-Workshop:⽤来从⽅框图模型直接⽣成C代码；
4、dSPACE 公司的RTI：⽤来使代码可以在单处理器⽬标系统中运⾏；
5、dSPACE 系列软件⼯具：⽤来对闭环试验进⾏交互操作；
总之，利⽤CDP 可以完成从系统建模、分析、离线仿真到实时仿真的全过程。对⼤多数⽤户⽽⾔，⼀般有以下⼏个步骤：
美容牙科步骤1：⽤线性或⾮线性⽅程建⽴控制对象的理论模型。该⽅程能⽤MATLAB 的m-file 格式或Simulink ⽅框图⽅式表⽰，以便于⽤MATLAB/Simulink 进⾏动态分析。
步骤2：⽤MATLAB ⼯具箱设计原始控制⽅案。
步骤3：⽤Simulink 对控制⽅案进⾏离线仿真。
步骤4：在Simulink 框图中，从RTI 库⽤拖放指令指定实时测试所需的I/O、A/D、D/A，并对其参数进⾏设置。
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步骤5：选择RTW Build，⾃动完成⽬标DSP 系统的实时C 代码的⽣成、编译、连接和下载。即使是复杂的⼤型控制系统，该过程也只需⼏分钟左右。
步骤6：⽤ControlDesk 试验⼯具软件包与实时控制器进⾏交互操作，如调整控制参数，显⽰控制系统的状态、跟踪进程响应曲线等。
步骤7：返回步骤1。
总之，利⽤dSPACE，可以把精⼒全神贯注于控制⽅案的构思，可以⼤⼤缩短开发周期。
六、dSPACE开发流程
如图所⽰，通过建模仿真等⼀系列过程，完成从概念设计到实物的转换，具体步骤如下：第⼀步：使⽤MATLAB/Simulink建⽴对象数学模型设计控制⽅案进⾏离线仿真；
第⼆步：保留需要下载到dSPACE中的模块，⽤硬件接⼝关系代替原来的逻辑连接关系，并对I/O进⾏配置，然后设定软硬件中断优先级；
第三步：利⽤RTW及dSPACE 提供的RTI⾃动⽣成代码并下载，图⽰如下所⽰：
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