4. MicroAutoBox快速原型工程搭建流程
在故障注入工程中，MicroAutoBox（MABX）承担的是“真实控制器”的角色：它运行由Simulink模型生成的实时应用，通过I/O板卡与被控对象（Plant）交换信号。要让故障注入真正可用，第一步不是接故障盒，而是先把一个可编译、可下载、可运行、可观测的实时原型工程搭起来。本节以“直流电机转速闭环控制 + 可注入故障的被控对象”为例，完整走通从Simulink模型到MABX实时应用的链路。
一、工程链路与工具分工
MABX快速原型工程由三段构成：主机端（Host PC）负责建模与代码生成，配置工具负责硬件与实时参数设定，目标机（MABX）负责实时执行。三者之间的数据流与工具分工如下：
图中橙色路径是控制量输出，蓝色路径是反馈量输入，虚线是主机对目标机的在线观测与标定通道。故障注入点位于反馈路径上，因此注入故障后，控制器“看到”的反馈与真实被控对象状态不一致，这正是后续章节要研究的核心。
二、Simulink模型的组织方式
建议把模型拆成三个顶层子系统，便于后续替换与故障注入：
- Controller：实现转速PI控制，输入为设定转速 n_ref 与反馈转速 n_fb，输出为占空比 u（0~1）。
- Plant：直流电机一阶惯性模型，示例参数：转动惯量 J=0.0002 kg·m²，反电动势常数 Ke=0.05 V·s/rad，电枢电阻 R=1.2 Ω，采样周期 Ts=1 ms。
- FaultInject：位于反馈通道，提供偏置、增益、卡滞、丢帧四种可切换故障模式。
控制器离散化后可用如下差分形式实现（示例参数 Kp=0.8，Ki=25）：
% 转速PI控制器（离散，Ts = 1 ms）
e(k) = n_ref(k) - n_fb(k);
P(k) = Kp * e(k);
I(k) = I(k-1) + Ki * Ts * e(k);
u(k) = sat(P(k) + I(k), 0, 1); % 输出限幅到 [0,1]
故障注入子系统在反馈通道上实现，例如传感器偏置故障：
% 故障注入：偏置 + 增益 + 卡滞
if fault_enable == 1
n_fb = gain_fault * n_true + bias_fault; % 偏置/增益故障
if stuck_enable == 1
n_fb = stuck_value; % 卡滞故障
end
else
n_fb = n_true;
end
三、Configuration Parameters关键设置
模型建好后，必须把求解器与代码生成参数改为适合实时执行的值，否则下载后会出现步长抖动或任务超时。关键项如下表：
| 参数项 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| Solver | Fixed-step | 实时系统必须定步长 |
| Fixed-step size | 0.001 s | 与控制器 Ts 一致 |
| System target file | rti1401.tlc | MicroAutoBox 目标 |
| Code Generation only | Generate code only 不勾选 | 需直接编译下载 |
| Sample time | 1 ms | 对应实时任务周期 |
| Stop time | inf | 实时运行不自动停止 |
四、编译、下载与运行
完成配置后，按以下顺序操作：
- 在 Simulink 中按
Ctrl+B触发 Build，RTI 会调用编译器生成目标代码，并输出.sdf描述文件与可执行文件。 - 确认 MABX 已通过以太网与主机连通，在 RTI 配置中填写目标机 IP（示例：192.168.0.10）。
- 点击 Download，将实时应用下载到 MABX 并启动运行。
- 打开 ControlDesk，加载
.sdf文件，即可看到模型中的变量与信号，拖入示波器即可观测。
五、运行结果判读
以设定转速 n_ref = 1000 rpm 为例，正常闭环下反馈转速应在约 0.3 s 内上升并稳定在 1000 rpm 附近，稳态误差小于 1%。若打开偏置故障（bias_fault = +50 rpm），控制器会误以为转速偏高而减小输出，实际转速将稳定在约 950 rpm，形成稳态偏差；若打开卡滞故障，反馈被固定在某一值，控制器输出会持续饱和或振荡，此时观测 u 的波形即可判断故障类型。这些现象是后续故障诊断与容错策略设计的直接依据。
至此，一个可运行、可观测、可注入故障的 MABX 快速原型工程已经建立。它既是后续故障注入实验的载体，也是验证控制器在异常反馈下行为的基础平台。