使用RTWT工具箱相关问题及对电液伺服系统研究

    电液伺服系统因其高频响、高性能等特点被广泛应用与研究，其对控制系统的要求也较高，控制策略是整个控制系统的核心。MATLAB具有强大的矩阵和数学计算功能，并有针对控制系统设计的工具箱，是目前控制系统设计人员首选的CAD软件。利用其RTWT工具箱可以直接在Simulink实现A／D、D／A以及控制算法，其ring 0级的中断在Win9x下的精度可达0．1ms。
   
    本文以研华PCL-818L板卡为例，说明了使用RTWT工具箱的相关问题，开发了基于Simulink的采样频率为1kHz的阀控缸位置系统控制软件，研究了电液伺服系统快速原型化的方法，可方便的进行控制策略的验证。
   
    1 RTW与RTWT简介
   
    RTW是Matlab图形建模和仿真环境Simulink的一个重要的补充功能模块，简而言之它是一个基于Simulink的代码自动生成环境。它能直接从Simulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标配制自动生成多种环境下的程序。实时视窗目标RTWT（Real time Windows Target）是RTW的附加产品，可将Intel80X86／Pentium计算机或PC兼容机转变为一个实时系统，而且支持许多类型的I／O设备板（包括ISA和PCI两种类型）。用户只需安装相关的软件、一个编译器和I／O设备板，就可将一个PC机用作实时系统并通过I／O设备与外部设备进行连接。RTWT支持多种做作的驱动程序库，从Simuiink移植至外部硬件的参数可以在系统运动过程中进行在线调整，所以用其进行实时控制系统开发时，周期短、费用低、效率高。
   
    2 RTWT的安装与设置
   
    1）在Win9x下安装RTW3．0需要系统首先安装MATLAB5．3和Simulink3．0，还要安装RTWT需要的首先安装Watcom C编译器，并在定义Watcom环境变量，定义Watcom环境变量的方法是在autoexec．bat中加入如下设置：
   
    set WATCOM=<编译器安装路径>重启计算机后在MATLAB命令行窗口键入mex-setup，根据提示设置Watcom C编译器为默认编译器。
   
    2）在MATLAB命令行窗口键入rtwintgt-setup，对于"是否安装RTWT内核"问题，键入Y后重启计算机；
    3）重启后再次打开MATLAB，在命令行窗口键入simulink，并新建一模型文件，保存为myctrl．mdl；
    4）模型库中找到Real-Time Windows Target，将Adapter、RT In、RT Out和Scope拖到新建的模型文件中；
    5）双击Adapter，找到所用采集卡的驱动程序，确认后，出现采集卡输入端口调整窗口，可以调整和确认采集卡的地址和各通道的输入电压范围；
    6）双击RT In（RT 0ut）模块，设定采样时间、所属数据采集卡和通道号，其中RT In模块对应的A／D通道应连接位置传感器（LVDT）信号，RT Out模块对应的D／A通道作为控制输入信号，经V／I变换后给伺服阀；

    7）在myctrl．mdl模型文件的菜单中选择Simulink-Parameters-solver-solver options中Type对应的下拉框中选择定步长（Fixed-step），定步长大小设置为0．001，模式选择为单任务（Single Tasking）；
    8）TooIs-RTvv Options中系统目标文件，利用浏览（Browse）按钮选择实时视窗目标所对应的win_watc.tlc；#p#分页标题#e#
    9）按下Tools-RTW Build按钮，进行代码生成和目标文件的创建；
    10）在Simulation菜单选择External；
    11）在Simulation菜单下，确认Connect to target选项；
    12）在Simulation菜单下，单击Start real-time code。即开始运行控制程序。
   
    3 电液伺服系统模型
   
    如图2所示的阀控制非对称缸系统是实验室用的疲劳试验台，拉线式位置传感器的输出信号应接RT ln模块所对应的研华PCL-818L板卡的A／D通道。伺服线圈应按RT Out对的D／A通道经V／I（电压变电流）变换后的控制输入信号，以形成数字闭环控制。图3为电液伺服系统实物照片。耐磨焊条

    一般对称液压缸不考虑结构柔度的影响、忽略摩擦负载和弹性负载的前提下，电液位置伺服系统的连续数学模型可表示为：

    首先，对如下传递函数与零阶保持器（ZOH）组成的系统进行标准Z变换：

    式中：T为采样周期。得到系统开环脉冲传递函数为：

    由以上分析可知电液伺服位置系统为I型系统，选择合理的PID控制参数即可保证控制系统的稳定性，系统对阶跃响应的实验结果如图4所示。

    4 结束语
   
    综上所述，在具备一定硬件条件的基础上，利用实时视窗目标可方便完成控制算法的验证。确定好控制策略后，还可利用RTW自动生成代码，将控制器对应的代码嵌入到用C／C++编写的控制软件中。进而完成快速原形化控制和设计到代码的自动化。