طراحی مبتنی بر مدل چیست؟
طراحی مبتنی بر مدل چیست؟
طراحی مبتنی بر مدل فرایندی برای طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل است که در آن همه مراحل طراحی، پیاده‌سازی، تست و ارزیابی سیستم کنترل با استفاده از یک مدل نرم‌افزاری انجام می‌شود. شرکت MathWorks به‌عنوان یکی از توسعه‌دهندگان اصلی این روش طراحی است و توسعه نرم‌افزار MATLAB و به‌صورت خاص SIMULINK به‌نحوی صورت می‌گیرد که همه مراحل طراحی، تست و پیاده‌سازی یک سیستم کنترلی را بتوان در این محیط انجام داد.
در سال‌های اخیر توسعه قدرت پردازش و میزان حافظه در سیستم‌های توکار (embedded) از یک‌سو و افزایش پیچیدگی سیستم‌های کنترل از سوی دیگر و همچنین نیاز به کاهش زمان رسیدن به محصول باعث شده‌است که روش طراحی مبتنی بر مدل توسط شرکت‌های بزرگ و در پروژه‌های حساس مورد استفاده قرار گیرد. برای نمونه می‌توان به سیستم کامپیوتر پرواز هواپیمای F35 شرکت Lockheed Martin و پروژه سیستم کنترل سوخت هواپیمای Airbus A380 و کامپیوتر پرواز هواپیمای Scramjet X-43 (محصول مشترک BAE و NASA) اشاره کرد که در آن از روش تولید خودکار کد و نرم‌افزار MATLAB استفاده شده‌است.
روند طراحی مبتنی بر مدل به بیان ساده بدین‌صورت است: ابتدا مدل نرم‌افزاری سیستم در محیط SIMULINK طراحی شده و سپس پارامتر‌های مدل با استفاده از ورود‌ی‌ها و خروجی‌های سیستم واقعی تنظیم می‌شوند. این کار با استفاده از ابزار Parameter Estimation انجام می‌شود. سپس سیستم کنترل با استفاده از ابزار‌های متنوع موجود برای مدل نرم‌افزاری طراحی می‌شود. در ادامه نمونه‌سازی سریع و شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه پلنت انجام می‌شود که در آن کنترل‌کننده طراحی‌شده در محیط SIMULINK با استفاده از ابزار‌های Real Time Windows Target یا xPC Target به‌صورت زمان‌حقیقی اجرا شده و به پلنت واقعی متصل می‌شود. در این حالت می‌توان عملکرد سیستم کنترل را روی پلنت واقعی ارزیابی کرد و تنظیمات نهایی را انجام داد.
پس از تنظیم پارامتر‌های کنترل‌کننده نوبت به پیاده‌سازی آن روی یک برد سخت‌افزاری می‌رسد. در روش طراحی مبتنی مدل این کار با استفاده از ابزار‌های تولید خودکار کد انجام می‌شود. در این حالت نیازی به کدنویسی سخت‌افزار پردازشی به‌صورت دستی نیست و با انجام یکسری تنظیمات ساده می‌توان مدل توسعه‌داده‌شده در محیط SIMULINK را روی برد سخت‌افزاری موردنظر پیاده‌سازی کرد.
در سال‌های اخیر نرم‌افزار MATLAB توسعه روش تولید خودکار کد را برای برد‌های ارزان قیمت آغاز کرده است. این موضوع باعث شده که دانشجویان و کارشناسان همه رشته‌ها با داشتن اطلاعات کمی در مورد الکترونیک دیجیتال، توانایی پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل را برای انواع سیستم‌ها پیدا کنند.
در این دوره آموزشی، روند طراحی مبتنی بر مدل برای طراحی سیستم کنترل یک روبات پرنده از نوع چهار‌پره (Quadrotor) به‌صورت کامل اجرا خواهد شد و در حین آن، اطلاعات لازم در زمینه الکترونیک و کنترل دیجیتال ارائه خواهد شد. کنترل‌کننده طراحی‌شده برای این سیستم در محیط Simulink و با استفاده از روش تولید خودکار کد روی برد Arduino پیاده‌سازی خواهد شد. شرکت‌کنندگان در این دوره خواهند توانست با استفاده از روش طراحی مبتنی بر مدل، طراحی سیستم کنترل برای پلنت‌های مشابه را با استفاده از نرم‌افزار MATLAB انجام داده و آن را روی بستر سخت‌افزاری مناسب پیاده‌سازی و تست کنند.
طراحی مبتنی بر مدل فرایندی برای طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل است که در آن همه مراحل طراحی، پیاده‌سازی، تست و ارزیابی سیستم کنترل با استفاده از یک مدل نرم‌افزاری انجام می‌شود. شرکت MathWorks به‌عنوان یکی از توسعه‌دهندگان اصلی این روش طراحی است و توسعه نرم‌افزار MATLAB و به‌صورت خاص SIMULINK به‌نحوی صورت می‌گیرد که همه مراحل طراحی، تست و پیاده‌سازی یک سیستم کنترلی را بتوان در این محیط انجام داد.
در سال‌های اخیر توسعه قدرت پردازش و میزان حافظه در سیستم‌های توکار (embedded) از یک‌سو و افزایش پیچیدگی سیستم‌های کنترل از سوی دیگر و همچنین نیاز به کاهش زمان رسیدن به محصول باعث شده‌است که روش طراحی مبتنی بر مدل توسط شرکت‌های بزرگ و در پروژه‌های حساس مورد استفاده قرار گیرد. برای نمونه می‌توان به سیستم کامپیوتر پرواز هواپیمای F35 شرکت Lockheed Martin و پروژه سیستم کنترل سوخت هواپیمای Airbus A380 و کامپیوتر پرواز هواپیمای Scramjet X-43 (محصول مشترک BAE و NASA) اشاره کرد که در آن از روش تولید خودکار کد و نرم‌افزار MATLAB استفاده شده‌است.
روند طراحی مبتنی بر مدل به بیان ساده بدین‌صورت است: ابتدا مدل نرم‌افزاری سیستم در محیط SIMULINK طراحی شده و سپس پارامتر‌های مدل با استفاده از ورود‌ی‌ها و خروجی‌های سیستم واقعی تنظیم می‌شوند. این کار با استفاده از ابزار Parameter Estimation انجام می‌شود. سپس سیستم کنترل با استفاده از ابزار‌های متنوع موجود برای مدل نرم‌افزاری طراحی می‌شود. در ادامه نمونه‌سازی سریع و شبیه‌سازی سخت‌افزار در حلقه پلنت انجام می‌شود که در آن کنترل‌کننده طراحی‌شده در محیط SIMULINK با استفاده از ابزار‌های Real Time Windows Target یا xPC Target به‌صورت زمان‌حقیقی اجرا شده و به پلنت واقعی متصل می‌شود. در این حالت می‌توان عملکرد سیستم کنترل را روی پلنت واقعی ارزیابی کرد و تنظیمات نهایی را انجام داد.
پس از تنظیم پارامتر‌های کنترل‌کننده نوبت به پیاده‌سازی آن روی یک برد سخت‌افزاری می‌رسد. در روش طراحی مبتنی مدل این کار با استفاده از ابزار‌های تولید خودکار کد انجام می‌شود. در این حالت نیازی به کدنویسی سخت‌افزار پردازشی به‌صورت دستی نیست و با انجام یکسری تنظیمات ساده می‌توان مدل توسعه‌داده‌شده در محیط SIMULINK را روی برد سخت‌افزاری موردنظر پیاده‌سازی کرد.
در سال‌های اخیر نرم‌افزار MATLAB توسعه روش تولید خودکار کد را برای برد‌های ارزان قیمت آغاز کرده است. این موضوع باعث شده که دانشجویان و کارشناسان همه رشته‌ها با داشتن اطلاعات کمی در مورد الکترونیک دیجیتال، توانایی پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل را برای انواع سیستم‌ها پیدا کنند.
در این دوره آموزشی، روند طراحی مبتنی بر مدل برای طراحی سیستم کنترل یک روبات پرنده از نوع چهار‌پره (Quadrotor) به‌صورت کامل اجرا خواهد شد و در حین آن، اطلاعات لازم در زمینه الکترونیک و کنترل دیجیتال ارائه خواهد شد. کنترل‌کننده طراحی‌شده برای این سیستم در محیط Simulink و با استفاده از روش تولید خودکار کد روی برد Arduino پیاده‌سازی خواهد شد. شرکت‌کنندگان در این دوره خواهند توانست با استفاده از روش طراحی مبتنی بر مدل، طراحی سیستم کنترل برای پلنت‌های مشابه را با استفاده از نرم‌افزار MATLAB انجام داده و آن را روی بستر سخت‌افزاری مناسب پیاده‌سازی و تست کنند.
