3T开发基于模型设计的机器人紧急制动系统

3T的客户是一家领先的荷兰半导体制造设备制造商，对制动系统有严格的要求。为了防止潜在的灾难性碰撞，控制系统必须在0.5秒内以毫米精度停止机器人，而不会对机器人造成伤害。一开始，3T和它的客户都不知道是否有可能设计出符合这些要求的制动系统。

在无尘室进行测试并使用真正的机器或原型是昂贵的。此外，在真正的硬件上测试制动系统可能会损坏昂贵的设备。因此，3T工程师需要在初始硬件实现之前验证制动设计。他们认识到编写VHDL^®手工编写代码，就像他们在以前的项目中所做的那样，将需要他们在项目后期的无尘室中花费太多的时间进行测试和调试。

3T采用基于模型的设计，结合MATLAB、Simulink和HDL Coder™设计并实现SCARA紧急制动系统控制器。

半导体制造商向3T工程团队提供了在Simulink中创建的机器人机械模型。

3T团队用两个额外的模型补充了这个机械模型:一个是用Simulink创建的基本控制器模型，一个是用Simscape Electrical™创建的电子模型。然后他们模拟完整的系统模型，并与客户共享模型和初始模拟结果。这种交流为客户提供了一个改进机械模型和对控制器提出改进建议的机会。

3T团队继续在Simulink中改进和完善控制器模型，模拟了几十种场景和参数敏感性，直到他们确认了设计的可行性。

由于大多数fpga使用控制算法的定点实现最有效地运行，该团队开发了控制器模型的定点表示，使用定点设计器™来指导单词长度和缩放的决策。

然后，该团队使用Simulink中的模型引用将系统模型中的浮点控制器模型替换为定点版本，并通过仿真验证定点实现。

他们用HDL Coder从定点控制器模型生成算法VHDL代码。

使用HDL Verifier™，他们将来自FPGA供应商的第三方IP核集成到他们的设计中，并使用Mentor Graphics生成了一个用于验证VHDL代码的测试台架^®ModelSim^®．

在最初的硬件测试之后，团队改进了模型，运行额外的模拟测试修改，并为最终的制动系统重新生成VHDL代码，该客户现在正在生产中使用。

3T工程师现在正在使用基于模型的设计和MINT完成类似的项目，MINT是公司的新SoC多接口开发板，用于快速原型和硬件在环测试。

• 洁净室时间从几周缩短到几天。van der Meer说:“通过基于模型的设计，我们在开发早期验证了大部分设计，然后生成了无缺陷的VHDL。”“结果，我们只需要在无尘室待几天，而不是几周。刹车系统只需要稍加调整，因为在我们第一次测试时，它几乎是完全正确的。”
• 后期需求变更迅速实现。“在最后的测试中，出现了一个限制最大减速的新要求，”van der Meer说。“在Simulink中，我们找到了一种使用脉宽调制来解决这一需求的方法。Simulink和HDL Coder使我们能够在几天内实现一个解决方案，防止项目走向失败。”
• 复杂的错误在一天内解决。van der Meer说道:“我们遇到了一个令人讨厌的设计逻辑错误，这可能需要花费数周甚至数月的时间去识别和修复。”“我们通过分析MATLAB中记录的数据，并在Simulink模拟中重放这些数据，迅速诊断出了问题。我们在模型中进行了修复，重新生成了VHDL，并在第二天准备好了一个更新版本。”