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基于Linux/RTAI的嵌入式系统半物理仿真研究

张晓龙  
【摘要】:近年来,随着半物理仿真技术越来越受到国家和国际社会的重视,它已经应用于工业生产和武器研制的各行各业,然而半物理仿真技术高昂的系统建立成本使得其难以应用于能够提高人们生活水平的普通产品之中。为此,本着研制低成本半物理仿真系统的原则,本文设计了一种基于Linux/RTAI的嵌入式半物理仿真系统。 根据国内外研究现状提出了市场对低成本半物理仿真的迫切需求。根据嵌入式处理器的稳定级别,处理速度,市场价格等因素,选择AT91RM9200(ARM9)作为仿真目标机的中央处理单元,并设计开发了仿真目标机的硬件电路。通过对RTAI-Lab半物理仿真框架体系的研究,明确了其通过Matlab/Simulink/RTW的模型代码生成机制,并根据其原理开发相应Makefile文件,使其可以编译出ARM9的模型可执行文件。 本文通过U-Boot启动过程和硬件访问机理的研究,针对AT91RM9200(ARM9)仿真目标机进行了硬件配置修改,完成了U-Boot的移植,实现对Linux操作系统的引导。 通过对RTAI的Linux实时性改造方案的研究,确定了基于开源Linux/RTAI双核实时操作体统的模型运行环境,并进行RTAI对AT91RM9200的TC模块的处理方法的修改,实现了RTAI在AT91RM9200上的移植。 Comedi驱动作为实时驱动,基于Linux操作系统提供对各个数据采集板卡的驱动支持。本文通过对其驱动框架实现机理的研究,并对其系统调用关系进行修改,开发出针对基于ARM9的嵌入式仿真目标机的实时驱动。提供RTAI的实时模型代码调用。 通过上述内容,使模型能过通过Matlab/Simulink/RTW顺利生成ARM9的模型代码,模型代码在Linux/RTAI环境中实时运行并通过Comedi驱动与实物进行通信,从而实现了这种低成本的半物理仿真系统。 最后,本文将上述半物理仿真应用于典型不稳定系统倒立摆之中。运用LQR最优控制算法建立控制器,通过该控制器对纯数字仿真模型和倒立摆实物仿真结果的对比,验证了该低成本半物理仿真方案的使用性和可行性。


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1 张晓龙;基于Linux/RTAI的嵌入式系统半物理仿真研究[D];华中科技大学;2014年
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