*近几十年来，借助**处理器功能来简化设计一直都是广泛讨论的话题。如今，设计灵活性进一步提高，使工程师能够采用标准的MATLAB® 和 Simulink®模型设计来优化电机控制系统，并缩短整体设计时间。此外，设计工程师还能够重复使用仿真模型，确保系统在终端市场应用中具有正确的功能和所需性能。

　　图 1 – 设计发展史与设计能力

　　基于模型的设计 (MBD) 经过数十年的探讨，直到*近几年才发展为完整的设计流程：从模型创建到完整实现。在 1970 年代，仿真可采用模拟计算平台，但是控制硬件却只能借助晶体管实现。2000 年代仿真工具的发展迎来了图形化控制原理图输入工具和控制设计工具，大大简化了复杂的控制设计和评估任务。但是，控制系统设计师仍然需要编写 C 语言来开发硬件控制算法，以反映仿真设计的情况。本世纪初，完整的 MBD 能够实现仿真平台和硬件实现平台的通用控制设计，把复杂控制算法迅速运用至硬件平台。

　　图 2 - MBD 设计流程

　　MBD 是指在整个开发过程中使用一个系统模型作为可执行规范。与传统基于硬件原型的设计方法相比，基于仿真的方法有助于更好地理解设计备选方案和权衡要素，从而能够优化设计，达到预定的性能标准。设计师无需使用复杂的结构和大量软件代码，通过连续时间和离散时间构建模块，就可以定义具有**功能特性的各种模型。将现有 C 代码与标准控制库模块整合，可实现设计效率*大化。这些与仿真工具一同使用的模型能够缩短原型设计、软件测试和硬件回路 (HIL) 仿真的时间。通过仿真，我们能够立即发现各种规范差异和模型误差，不会等到设计周期的后续环节才发现。在硬件平台上运行相同算法时，自动代码生成省去了手动步骤。这可简化设计过程、减少硬件设计实现过程的错误，并缩短整体上市时间。

　　MBD 过程有多个步骤可优化整体设计中的各项任务。这些任务可由不同的设计工程师或设计团队完成，然后组合在一起形成整体设计和完整的系统。借助此方法，各项任务可在更高的抽象层进行设计，从而针对给定的*终应用优化整体设计流程。总而言之，MBD 使设计师能够从更多经典设计方案开始扩展，以可控方式直接从模型创建转到仿真、代码生成和 HIL 测试，无需重新设计整个系统就可对系统行为做出递增改变。

图 3 - MBD 实现的概念

　　在图 3中，我们以直观的方式显示 MBD 流程的不同设计阶段和每个步骤的范围。这些步骤共同描述了 MBD 的“标准”流程。以电机控制设计为例，该流程包括：

　　· 运行概念

　　o 电机系统的整体功能

　　· 工厂建模/系统架构

　　o 电机、负载、功率电子设备、信号调理等设备的模型开发。

　　· 控制器建模和要求

　　o 三相永磁电机基于编码器的磁场定向控制

　　· 分析和综合 – 详细设计

　　o 上述创建模型用于确定工厂模型的动态特性

　　o 系统调谐和配置

　　· 验证和测试

　　o 离线仿真和/或实时仿真

　　o 动态系统时间响应调查

　　· 嵌入式目标实施过程 – **运行

　　o 自动代码生成

　　o 测试和验证

　　o 更新控制器模型

　　图 4 - MBD 设置

　　以上可构成调整整体设计的多步骤方法，并且可单独分析每个控制步骤。软硬件规范完成后，就可针对整个系统的具体算法和功能部署建立完整的系统架构(参见图4 )。可对控制器和工厂模型的仿真过程进行评估，还可对不涉及硬件的算法离线开发过程进行合理构建并微调，从而达到整个系统的性能要求。对于初始生成的代码，无论是“重复使用”的现有代码还是由代码生成工具生成的代码，均可在嵌入式控制器中实施，以便将 PC 上的系统仿真情况与硬件目标的实际实现数据进行对比。设计师在定义 MBD 的平衡结构时，必须考虑模型的复杂度。不过，某个平衡概念实现之后，也可以快速更改设计内的独立模型，使整个驱动系统获得更准确的结果。