Language
Country/Area
No result found
Từ truyền thống đến hiện đại: Làm thế nào để thiết kế dựa trên mô hình cách mạng hóa cách phát triển hệ thống điều khiển?
Trong lĩnh vực công nghệ đang thay đổi nhanh chóng, thiết kế hướng mô hình (MBD) cung cấp các giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu và truyền thông phức tạp bằng các phương pháp toán học và hình ảnh. Phương pháp thiết kế này đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như thiết bị công nghiệp, hàng không vũ trụ và ô tô, cho thấy nó đã mang lại những thay đổi đáng kể cho việc thiết kế phần mềm nhúng.
Thiết kế dựa trên mô hình cung cấp một khung chung hiệu quả giúp tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp trong suốt quá trình thiết kế đồng thời hỗ trợ chu trình phát triển (V-Model).
Trong khi các phương pháp thiết kế truyền thống thường dựa vào các cấu trúc phức tạp và mã cồng kềnh, thì thiết kế hướng mô hình cho phép các nhà thiết kế sử dụng các khối mô hình hóa liên tục và rời rạc để xác định các mô hình nhà máy có các đặc tính chức năng nâng cao. Những mô hình này, được hỗ trợ bởi các công cụ mô phỏng, có thể thúc đẩy quá trình tạo mẫu nhanh, kiểm tra và xác minh phần mềm. Điều này không chỉ nâng cao quá trình kiểm tra và xác minh mà còn cho phép sử dụng mô phỏng phần cứng trong vòng lặp để kiểm tra các tác động động của hệ thống một cách nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Lịch sử
Lịch sử của thiết kế hướng mô hình bắt đầu từ những năm 1920, khi hai khía cạnh kỹ thuật của lý thuyết điều khiển và hệ thống điều khiển hợp nhất để tạo ra các hệ thống tích hợp quy mô lớn. Trong những ngày đầu, hệ thống điều khiển chủ yếu được sử dụng trong môi trường công nghiệp, với các cơ sở quy trình lớn bắt đầu sử dụng bộ điều khiển quy trình để điều chỉnh các biến liên tục như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng. Mạng bảng điều khiển rơle điện là một trong những thiết bị điều khiển rời rạc đầu tiên tự động hóa toàn bộ quy trình sản xuất.
Vào cuối thế kỷ 20, các hệ thống điều khiển nhúng đã phổ biến khắp nơi và các thiết bị gia dụng như máy giặt và máy điều hòa không khí chứa các thuật toán điều khiển phức tạp và tiên tiến, khiến chúng trở nên "thông minh hơn".
Trong những năm 1950 và 1960, sự phát triển của kỹ thuật hàng không vũ trụ đã thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống điều khiển nhúng và các kỹ sư bắt đầu xây dựng các hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển động cơ và thiết bị mô phỏng chuyến bay. Bộ điều khiển dựa trên máy tính đầu tiên được giới thiệu vào năm 1969. Những bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đầu tiên này mô phỏng công nghệ điều khiển rời rạc hiện có bằng cách sử dụng các thang rơle lỗi thời. Thị trường điều khiển đã trải qua những thay đổi mạnh mẽ với sự ra đời của công nghệ PC, trong đó một máy tính để bàn thông thường có thể chạy toàn bộ đơn vị xử lý và thực hiện các thuật toán PID phức tạp hoặc được sử dụng làm hệ thống điều khiển phi tập trung (DCS).
Các bước chính của thiết kế hướng mô hình
Các bước chính của thiết kế hướng mô hình bao gồm:
- Mô hình hóa nhà máy:Mô hình hóa nhà máy có thể dựa trên dữ liệu hoặc dựa trên các nguyên tắc đầu tiên. Mô hình hóa nhà máy dựa trên dữ liệu sử dụng các kỹ thuật nhận dạng hệ thống để xác định các mô hình nhà máy bằng cách thu thập và xử lý dữ liệu thô từ hệ thống thực.
- Phân tích và tổng hợp bộ điều khiển: Sử dụng các mô hình toán học thu được trong mô hình thực vật để xác định các đặc tính động của mô hình thực vật và sau đó tổng hợp các bộ điều khiển dựa trên các đặc điểm này.
- Mô phỏng ngoại tuyến và thời gian thực: Nghiên cứu đáp ứng thời gian của hệ thống động bằng cách mô phỏng các mô hình phi tuyến hoặc bất biến thời gian tuyến tính đơn giản. Mô phỏng thời gian thực có thể được thực hiện với mã điều khiển được tạo tự động.
- Triển khai: Lý tưởng nhất là bước này được thực hiện bằng cách tạo mã từ bộ điều khiển đã phát triển và gỡ lỗi lặp đi lặp lại. Các công cụ thiết kế dựa trên mô hình cho phép các bước lặp này xảy ra trong một môi trường trực quan thống nhất.
Ưu điểm và nhược điểm
Nhược điểm của thiết kế hướng mô hình bao gồm:
- Phương pháp này thường là giải pháp phù hợp cho tất cả và không thể tùy chỉnh cho một tình huống cụ thể.
- Thách thức về kiểm soát phiên bản, việc thiếu các công cụ chất lượng cao để quản lý phiên bản, đặc biệt là xử lý các khác biệt và hoạt động hợp nhất, có thể gây khó khăn cho việc quản lý.
Tuy nhiên, thiết kế theo mô hình vẫn có một số ưu điểm không thể bỏ qua:
- Cung cấp môi trường thiết kế chung để thúc đẩy giao tiếp và xác minh hệ thống giữa các nhóm phát triển khác nhau.
- Khả năng tái sử dụng thiết kế được cải thiện, giúp cải thiện việc nâng cấp và hệ thống phái sinh dễ dàng hơn.
Các công cụ tạo mô hình đồ họa được thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả thiết kế, đơn giản hóa các mô hình phức tạp thành cấu trúc phân cấp của các khối thiết kế riêng lẻ, giúp quá trình thiết kế bớt rườm rà hơn.
Với sự xuất hiện của các công cụ hiện đại như Simulink và LabVIEW, thiết kế hướng mô hình ngày càng trở nên phổ biến trong việc phát triển các hệ thống điều khiển. Điều này có nghĩa là các thiết kế trong tương lai sẽ dựa vào điều này?
