張寶棟

摘 要：結(jié)合對火炮初速減退量進行準確修正的迫切需求，本文對基于Simulink仿真模型的MBD開發(fā)流程進行了研究，根據(jù)已建立好的火炮燒蝕磨損內(nèi)彈道仿真模型，對自動生成代碼進行了參數(shù)配置，實現(xiàn)了仿真模型代碼的自動生成，減少了系統(tǒng)開發(fā)周期，為模型的工程化應用奠定了基礎。

關鍵詞：內(nèi)彈道模型；自動代碼生成

1引言

基于模型設計的開發(fā)流程，開發(fā)人員在Simulink環(huán)境下建立仿真模型并進行仿真，進行早期設計的驗證，當仿真結(jié)果符合開發(fā)要求時，使用Embedded Coder技術可自動生成嵌入式的產(chǎn)品級代碼，應用于硬件平臺上?？朔藗鹘y(tǒng)手工編碼開發(fā)周期長、實現(xiàn)復雜且經(jīng)常引入錯誤以及不易于保持MATLAB參考代碼與C代碼的一致性等缺點，并且可對代碼進行非實時與實時環(huán)境下的驗證與測試，保證了工程的可靠性和實時性，大大提高了嵌入式開發(fā)的效率，加快了開發(fā)進程。

2模型參數(shù)配置

以某型125mm高膛壓坦克炮穿甲彈，標準條件下新炮起動壓力約為30MPa，常溫初速小于1740m/s，平均最大膛壓小于等于470.4MPa，發(fā)射藥為“**/**H花高”，基于MATLAB中的Simulink庫建立內(nèi)彈道仿真模型，根據(jù)坦克炮（新炮）的內(nèi)彈道相關參數(shù)，對模型進行仿真，得到在標準條件下坦克炮內(nèi)彈道的仿真結(jié)果如圖1所示。

圖1 某型坦克炮穿甲彈彈丸速度、膛壓仿真曲線

從上圖中可以看出，該型坦克炮穿甲彈彈丸初速約為1721m/s，起動壓力約為30MPa，約在3.51ms處達到最大膛壓464.7MPa，與該炮標準數(shù)據(jù)相吻合，證明了內(nèi)彈道模型的可靠性。

3模型代碼生成

建立磨損火炮的內(nèi)彈道仿真模型之后，為實現(xiàn)模型的工程化應用，將內(nèi)彈道模型應用硬件系統(tǒng)當中，完成射彈初速的計算功能，需要生成嵌入式代碼。MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，提供了三種代碼的自動生成工具：MATLAB Coder，Simulink Coder和Embedded Coder，其中，MATLAB Coder可以自動實現(xiàn)MATLAB代碼生成C/C++代碼；Simulink Coder可以自動從Simulink/Stateflow模型生成C/C++代碼，但以上兩種工具生成的代碼均不能直接用于嵌入式系統(tǒng)，而Embedded Coder可以自動生成可重用、結(jié)構(gòu)緊湊且執(zhí)行快速的實時C代碼，故本文利用Embedded Coder工具完后模型代碼的生成工作[1]。

在進行代碼生成之前，必須對模型的參數(shù)進行配置，為生成嵌入式代碼，至少需要配置3部分：模型的解算器solver，模型的系統(tǒng)目標文件（如ert.tlc或其他自定義的嵌入式系統(tǒng)目標文件），硬件實現(xiàn)規(guī)定（Hardware Implenmatation）[1]。

求解器solver的設置，主要包括仿真時間范圍、起始和停止時間、仿真步長和選擇合適的仿真解法[2]。具體操作如下：按下Ctrl+E打開模型的Configuration Parameter對話框，解算器類型選擇固定點解算器，長度為0.01s，求解算法選擇為Runge-Kutta法。對目標硬件規(guī)格（Hardware Implementation）進行設置，在這個選項卡中可以配置芯片的廠商和類型，設置芯片的字長、字節(jié)順序等。最后一個關鍵的配置是控制整個代碼生成過程的系統(tǒng)目標文件System Target File，ert.tlc文件是Embedded Coder提供的能夠生成專門用于嵌入式系統(tǒng)C代碼的系統(tǒng)目標文件，代碼格式是一種專為生成產(chǎn)品級代碼而設計的緊縮型代碼格式，占用的內(nèi)存較少[3]。

4代碼驗證

為了驗證用于代碼生成的模型與自動生成代碼的一致性，在代碼移植在底層驅(qū)動前，需要對代碼進行驗證，主要是為了避免代碼生成過程中可能引入的錯誤，錯誤主要來源于兩方面，一是來自于代碼生成工具本身，代碼生成工具作為一款軟件，和其它軟件一樣，都可能存在一定的bug；二是來自于代碼生成用戶，代碼生成過程是一個可以定制化的過程，如果定制化的過程沒有經(jīng)過嚴格、充分的驗證，也很容易引入bug。因此，為了防止這類bug生成不正確的代碼，在MBD開發(fā)流程中，常用軟件在環(huán)測試（Software-in-the-Loop，SIL）進行模型代碼驗證。

5結(jié)論

本文通過對MBD開發(fā)流程進行分析，依據(jù)MBD開發(fā)流程，建立了內(nèi)彈道仿真模型，仿真結(jié)果與標準數(shù)據(jù)相符，證明了模型的準確性，然后對模型參數(shù)進行配置，自動生成嵌入式代碼，利用SIL軟件在環(huán)仿真，對代碼進行了一致性檢驗，為火炮領域仿真模型的工程化應用奠定了基礎。

參考文獻：

[1]孫君瀟，Simulink仿真及代碼生成技術入門到靜通[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2015.

[2]陳亮，郝洪濤，倪凡凡等，雙離合自動變速器系統(tǒng)建模與代碼自動生成的研究[J].傳動技術，2018，32（2）：3-12.

[3]邱寶梅，左文英，王鳳娟.基于Simulink/RTW的汽車電子控制系統(tǒng)的研究[J].計算機測量與控制，2011，19（5）：1086-1088.