罗森海姆应用技术大学学生使用基于模型的设计构建伺服驱动控制器
“如果没有 MATLAB 和 Simulink，我们的学生将无法使用系统设计方法来构建伺服驱动控制器。”
挑战
让学生在伺服驱动器控制器的设计和测试方面进行协作
解决方案
通过 MATLAB 和 Simulink 使用基于模型的设计来创建虚拟实验室环境
结果
- 学生在设计 ASIC 时积极协作
- 经过验证的设计可部署到一系列设备上
- 学生和教师能够远程处理项目
罗森海姆应用技术大学学生使用基于模型的设计来设计和测试伺服驱动控制器。
在机电一体化和混合信号系统实验中，罗森海姆应用技术大学的研究生学习了如何通过 MATLAB® 和 Simulink® 使用基于模型的设计构建、仿真和实现独立于平台的伺服驱动控制器。这些技能既是学生们（主要是博士生）大学工程科学课程的一部分，也是他们为将来在自动化技术和微电子领域的职业生涯所做的准备。
通过基于模型的设计，罗森海姆应用技术大学学生可在虚拟实验室环境中进行协作，以便在开发的各个阶段都能可视化和验证想法。在新冠疫情期间，该模式具有一个意想不到的优点，那就是学生和教师可以远程访问大学实验室，而电机、电力电子器件和机械设备等硬件都可以在 Simulink 模型中表示。“多亏有了基于模型的设计，设计控制器和测试新算法等任务才能在仿真环境中执行，”罗森海姆应用技术大学的 Martin Versen 教授说。
挑战
在机电一体化系统实验中，Rainer Hagl 教授的研究团队创建了一个模型，用来设计和控制各种伺服电机及其组件。该模型是在 Simulink 中创建的，主要用于针对不同 MCU 配置运动控制器的软件代码，同时也支持用于高动态系统的 FPGA 或 SoC 平台上的硬件实现。
而 Versen 教授在这个模型身上看到的是让学生学习 ASIC 开发的好机会，于是他创建了“伺服驱动控制器 ASIC”这一项目。他的目的是让学生知道，这个 Simulink 模型还可以用来构建 ASIC，从而在微电子领域实现更高的集成度。
不过，自项目伊始 Versen 教授就知道让学生编写 VHDL 或 Verilog 代码不实际。教师希望通过让学生使用熟悉的编程语言调动他们协作的积极性。
解决方案
罗森海姆应用技术大学有 MATLAB 和 Simulink 的 Campus-Wide License。这两种许可证广泛应用于该校的工程课程中。这意味着无论 Versen 教授的项目团队决定使用什么工具来进行 ASIC 设计、验证和代码生成，均可以确保所有学生都熟悉这种环境。
该团队使用了 MATLAB、Stateflow® 和 Simscape™ 对控制器的被控对象进行建模。在 Simulink 中，他们开发了三级联运动控制器的浮点模型。在用被控对象模型验证了控制器性能后，他们将控制器模型转换为定点模型，以减少资源使用量和成本。在生成代码之前，他们使用 MATLAB 和 Simulink 的内置日志和记录功能来比较要验证的仿真结果，实现了当前数据和记录数据的实时比较。优化后的定点模型的仿真结果在后续阶段被用作了标准参考。
然后，该团队使用 HDL Coder™ 从控制器的定点版本生成了可综合的 HDL，并使用 HDL Verifier™ 和 Siemens® EDA Questa® ADMS 在协同仿真中验证了其行为。在 Simulink 中获得与定点模型相同的结果后，他们就以 FPGA 的实现为开始转向了硬件。这让识别出之前仅在实验室中运行 FPGA 原型才能发现的设计缺陷成为可能。
基于此工作流，该团队确信其 HDL 代码在 ASIC 平台上也会以同样的方式运行。他们使用 Cadence® Innovus™ 实现了 HDL，并将其交付给了半导体制造商。
Versen 教授的“数字设计”课程的考试内容就基于此项目。学校为学生提供了 Spartan® Edge 加速板，让他们可以在家里使用以获得硬件体验。这样，他们就能在家使用虚拟实验室环境协同处理项目，同时使用 Git™ 工具交换文件和对其进行版本控制。
结果
- 学生在设计 ASIC 时积极协作。“学生已经掌握了 MATLAB 和 Simulink 语言，因此他们在协同处理大型项目以及学习构建伺服驱动控制器的各种复杂步骤和工作流时会容易一些。”Versen 教授说。
- 经过验证的设计可部署到多种设备上。“通过使用基于模型的设计，学生只需集中设计和验证模型一次即可，”Versen 教授说。“即使他们想在不同类型的设备上重用它，也不需要重新设计了。”
- 学生和教师能够远程处理项目。“通过 MATLAB 和 Simulink 使用基于模型的设计，我们打造了一个供学生协同设计和构建伺服驱动控制器的平台。”Versen 教授说。
