Model-Based Design (MBD) är en matematisk och visuell metod för att lösa problem relaterade till konstruktionen av styr- , signalbehandlings- och kommunikationssystem [1] [2] . MOS används ofta i rörelsestyrning i industriell utrustning, flyg- och fordonstillämpningar. MOP är en metod som används vid utveckling av inbyggd programvara .
MOP definierar den övergripande strukturen för interaktion i designprocessen, och implementerar effektivt den V-formade utvecklingscykeln .
I modellbaserad styrsystemdesign sker utvecklingen i fyra steg:
MOP-principer skiljer sig väsentligt från traditionell designmetodik. Istället för att skriva komplexa programmeringskoder kan utvecklare använda MOS för att förbättra modellens prestanda med hjälp av vanliga kontinuerliga och diskreta tidsfunktionsblock. De modeller som byggs på detta sätt, tillsammans med användning av modelleringsverktyg, kan snabbt leda till skapandet av en styrsystemsprototyp, testning och mjukvaruverifiering. I vissa fall kan simulering av hårdvara och mjukvara användas som ett designverktyg för att testa de dynamiska effekterna på ett system snabbare och mer effektivt än den traditionella designmetoden.
Några av de mest anmärkningsvärda fördelarna med MOP jämfört med den traditionella metoden är:
Med uppkomsten av elektroteknik är associerad framväxten av innovativa och avancerade styrsystem. Redan på 1920-talet kom två teknikområden , styrteori och styrsystem, samman för att göra det möjligt att skapa enstaka storskaliga system. Till en början användes styrsystem flitigt i industriella miljöer. Stora företag har börjat använda styrenheter för att styra kontinuerliga variabler som temperatur, tryck och flödeshastighet. Elektriska reläer , inbyggda i stegkretsar, var bland de första diskreta styrenheterna för att automatisera hela tillverkningsprocessen.
Styrsystem har tagit fart, främst inom fordons- och flygindustrin. På 1950- och 1960-talen väckte rymdpromenader intresse för inbyggda kontrollsystem. Ingenjörer har byggt styrsystem som motorstyrenheter och en flygsimulator som kan vara en del av slutprodukten. I slutet av 1900-talet var inbyggda kontrollsystem överallt, eftersom till och med hushållsartiklar som tvättmaskiner och luftkonditioneringsapparater innehöll komplexa och avancerade kontrollalgoritmer som gjorde att de kunde bli mycket smartare.
1969 introducerades den första datoriserade styrenheten. Tidiga programmerbara logiska styrenheter (PLC) efterliknade driften av befintliga diskreta styrtekniker som använde äldre stegreläer. Tillkomsten av datorteknik har medfört radikala förändringar på marknaden för kontinuerliga och diskreta regulatorer. En offentlig stationär dator med lämplig hårdvara och mjukvara kan hantera hela processen, köra komplexa, väletablerade PID-algoritmer eller fungera som ett distribuerat styrsystem (DCS) .
Modelleringsverktyg har använts under lång tid, men traditionella textbaserade metoder räcker inte för dagens komplexa styrsystem. På grund av grafiska verktygs begränsningar har designingenjörer tidigare främst förlitat sig på textprogrammering och matematiska modeller, men att felsöka textprogram är en mycket mödosam process som kräver mycket försök och fel innan den slutgiltiga fullt fungerande modulen skapas. Dessutom är matematiska modeller föremål för betydande förändringar, som passerar genom olika stadier av design.
Dessa problem löses med hjälp av grafiska modelleringsverktyg som redan används inom alla designområden. Sådana verktyg bildar en enda miljö för grafisk modellering, minskar komplexiteten i att bygga en modell, dela upp den i separata block, som vart och ett är designat oberoende. Således kan designers uppnå en hög nivå av noggrannhet genom att helt enkelt ersätta ett block med ett annat. Grafiska modeller är också det bästa sättet att dokumentera ingenjörers idéer. Detta hjälper ingenjörer att förstå hela systemet och förenklar processen att flytta modellen från ett steg till ett annat under konstruktionen. Boeings EASY5-simulator var ett av de första simuleringsverktygen som hade ett grafiskt användargränssnitt.
När konstruktörerna designade inbyggda styrsystem stod konstruktörer inför två utmaningar - att förkorta utvecklingscykler och öka designkomplexiteten. En splittringsstrategi för att utveckla sådana komplexa system innebär att samordna personer med expertis inom ett brett spektrum av discipliner. Den traditionella textbaserade metoden för att designa inbyggda styrsystem är inte tillräckligt effektiv för att hantera avancerade komplexa system.