A Model-Based Design (MBD) egy matematikai és vizuális módszer a vezérlési , jelfeldolgozási és kommunikációs rendszerek tervezésével kapcsolatos problémák megoldására [1] [2] . A MOS-t gyakran használják mozgásvezérlésben ipari berendezésekben, repülőgép- és autóipari alkalmazásokban. A MOP a beágyazott szoftverek fejlesztésében használt módszertan .
A MOP meghatározza az interakció általános szerkezetét a tervezési folyamatban, hatékonyan megvalósítva a V-alakú fejlesztési ciklust .
A modell alapú vezérlőrendszer tervezésben a fejlesztés 4 lépésből áll:
A MOP alapelvei jelentősen eltérnek a hagyományos tervezési módszertantól. Ahelyett, hogy bonyolult programozási kódokat írnának, a fejlesztők MOS-t használhatnak a modell teljesítményének javítására szabványos folyamatos és diszkrét idejű funkcióblokkokkal. Az így megépített modellek modellező eszközök használatával együtt gyorsan elvezethetnek a vezérlőrendszer prototípusának elkészítéséhez, teszteléséhez és szoftveres ellenőrzéséhez. Egyes esetekben a hardver-szoftver szimuláció tervezési eszközként használható a rendszer dinamikus hatásainak gyorsabb és hatékonyabb tesztelésére, mint a hagyományos tervezési módszer.
A MOP néhány legjelentősebb előnye a hagyományos megközelítéssel szemben:
Az elektrotechnika térnyerésével az innovatív és fejlett vezérlőrendszerek megjelenése társul. Az 1920-as években két mérnöki terület , az irányításelmélet és az irányítási rendszerek egyesültek, hogy lehetővé tegyék egyetlen nagyméretű rendszerek létrehozását. Eleinte a vezérlőrendszereket széles körben használták ipari környezetben. A nagyvállalatok elkezdtek vezérlőket használni a folyamatos változók, például a hőmérséklet, a nyomás és az áramlási sebesség szabályozására. A létraáramkörökbe beépített elektromos relék az első olyan diszkrét vezérlőberendezések közé tartoztak, amelyek automatizálták a teljes gyártási folyamatot.
A vezérlőrendszerek lendületet kaptak, elsősorban az autóiparban és a repülőgépiparban. Az 1950-es és 1960-as években az űrséták felkeltették az érdeklődést a beágyazott vezérlőrendszerek iránt. A mérnökök olyan vezérlőrendszereket építettek, mint a motorvezérlő egységek és egy repülésszimulátor , amelyek a végtermék részét képezhetik. A 20. század végére a beágyazott vezérlőrendszerek mindenütt elterjedtek, mivel még a háztartási cikkek, például a mosógépek és a légkondicionálók is tartalmaztak olyan összetett és fejlett vezérlőalgoritmusokat, amelyek lehetővé tették számukra, hogy sokkal okosabbakká váljanak.
1969-ben mutatták be az első számítógépes vezérlőt. A korai programozható logikai vezérlők (PLC) a meglévő diszkrét vezérlési technológiák működését utánozták, amelyek örökölt lépésreléket használtak. A számítástechnika megjelenése radikális változásokat hozott a folyamatos és diszkrét szabályozók piacán. A megfelelő hardverrel és szoftverrel rendelkező nyilvános asztali számítógép képes kezelni a teljes folyamatot, bonyolult, jól bevált PID-algoritmusokat futtatni, vagy elosztott vezérlőrendszerként (DCS) működni .
A modellezési eszközöket régóta használják, de a hagyományos szöveges módszerek nem elegendőek a mai összetett vezérlőrendszerekhez. A grafikus eszközök korlátai miatt a tervezőmérnökök korábban elsősorban szöveges programozásra és matematikai modellekre hagyatkoztak, de a szöveges programok hibakeresése nagyon munkaigényes folyamat, amely sok próbálkozást és hibázást igényel, mielőtt elkészül a végleges, teljesen működő modul. Ezenkívül a matematikai modellek jelentős változásoknak vannak kitéve, amelyek a tervezés különböző szakaszain mennek keresztül.
Ezeket a problémákat a tervezés minden területén már használt grafikus modellező eszközök segítségével oldják meg. Az ilyen eszközök egyetlen környezetet alkotnak a grafikus modellezéshez, csökkentik a modell felépítésének bonyolultságát, külön blokkokra bontva, amelyek mindegyike egymástól függetlenül van kialakítva. Így a tervezők magas szintű pontosságot érhetnek el, ha egyszerűen kicserélik az egyik blokkot egy másikra. A grafikus modellek a legjobb módja annak, hogy dokumentálják a mérnökök ötleteit. Ez segít a mérnököknek megérteni a teljes rendszert, és leegyszerűsíti a modell egyik szakaszból a másikba való áthelyezését a tervezés során. A Boeing EASY5 szimulátora volt az egyik első olyan szimulációs eszköz, amely grafikus felhasználói felülettel rendelkezett.
A beágyazott vezérlőrendszerek tervezése során a tervezőknek két kihívással kellett szembenézniük: a fejlesztési ciklusok lerövidítésével és a tervezés bonyolultságának növelésével. Az oszd meg és uralkodj stratégia az ilyen összetett rendszerek fejlesztéséhez azt jelenti, hogy a szakterületek széles körében jártas embereket kell koordinálni. A beágyazott vezérlőrendszerek tervezésének hagyományos szövegalapú megközelítése nem elég hatékony a fejlett komplex rendszerek kezelésére.