艾琳·伯恩,MathWorks公司
该视频显示你设计利用Simulink的信号处理系统的一个例子金宝app®。
你具有空白Simulink模型开始和设计的信号处理算法金宝app,以预测是否将是晴天还是阴天,以便从太阳能电网产生优化功率。该视频将为您分析传感器信号,设计滤波器,最后针对硬件配置生成代码。
通过视频的最后,你会学到的Simulink的基础知识以及如何基于模型的设计可以用于建模,仿真,测试和实施现实金宝app世界的信号处理系统。在本例中使用的模型文件可以在下面的链接中找到。
我们生活在传感器的世界。他们在工厂的机器人,在我们的汽车,我们的手腕,甚至在我们的冰箱,确保我们的食物保持新鲜。这些传感器产生的信号。
在这段视频中,我们将使用Simulink的处理来金宝app自传感器的信号。我们将进行频谱分析,探索信号。在此基础上,我们将设计和建造数字滤波器的信号处理算法的一部分。我们将评估我们的算法的性能,一旦准备就绪后,转换我们的模型转换成可以被嵌入到实时硬件的C代码。因此,让我们开始吧...
The MathWorks公司总部设在马萨诸塞州的Natick,有产生电能的太阳能电池板。我们将使用由每15分钟的阵列产生的功率的测量。这是我们的信号。
当然,功率取决于日照量,这取决于一天的时间......和天气。
预测和管理变化的生产和需求是可再生能源生产的重要组成部分。为了平滑产生的电力,在阳光明媚的日子里,我们可以存储一些电力在一个电池。然后在阴天,我们用它来补充较低的发电量。
让我们来设计,如果它要在Simulink中晴天或阴天使用信号处理技术,可以预测的系统。金宝app
通过单击MATLAB金宝app工具条上的Simulink按钮来启动Simulink。这将打开开始页面,您可以在这里创建新模型、查找示例,甚至查找基本训练。
我们开始我们从零开始的模式,所以我们选择空白模型并将其保存为sunnyvscloudy。
金宝appSimulink模型是由模块和信号线建立起来。打开库浏览器来查看所有可用的块。
从一个阳光灿烂的日子,一个来自阴天 - 我们将通过可视两个功率信号启动。
要查看我们的信号,让我们拖两个输入端口,或Inports短,为我们的模型。然后添加一个范围块。
让我们来标注两个INPORT块“阳光灿烂的日子”和“阴天”和范围块“时域”。
我们可将块连同信号线通过单击并拖动连接。要标记信号线,双击并键入名称。
现在我们需要数据。在MATLAB中,我们有两个向量,sunnyDay和cloudyDay,它们表示六月中两个特定日子的功率测量值。对应的时间戳在tday中。
我们也有采样频率,在每天的样本,在变量的FS。每15分钟采样意味着我们得到每天96个样品。
我们必须设置两个Inports的采样时间,每个运行轨迹,从而双击调整块参数。根据信号属性选项卡,采样时间设定采样频率的倒数。
为了使数据到Simulink中,我们可以去到模金宝app型设置窗口,然后将数据导入/导出窗格中,并添加时间和两个功率信号作为输入。我们还应该设置总的模拟时间为1天。
现在,我们可以通过单击工具栏中的run按钮来运行模型。
让我们在范围块上双击,看的信号。
并让使用我们行的数据点连接。
光滑的黄线是阳光灿烂的日子。蓝线表示的是阴天产生较少的权力,因为你所期望的,也有很多的短期变化的云越过太阳能电池阵列。
那么,如何才能使用这些功能来决定,如果我们有一个晴天或阴天?
好吧,让我们也期待在频域中的这些信号。我们将使用频谱分析,从而帮助我们衡量每个信号的频率内容。我们首先从DSP系统工具箱中添加一个频谱分析仪块,然后将两个信号连接到它。
分支信号线,你可以拖动信号线块单击鼠标右键。
我们有短的信号,所以我们需要改变的频谱分析仪块数的设置,所以我们可以正确地看到它们。
这一次,我们可以通过按顶部的绿色按钮在频谱分析仪内运行我们的模型。让我们打开图例看看哪一天是哪一天。
那么,什么是我们在看什么?
x轴为频率值。y轴向我们展示了多大的权力是我们的信号在给定频率。虽然默认的时间单位是秒,我们实际测量时间以天为单位。因此,x轴是每天的周期,每第二个(或赫兹)不循环。
我们看到,低频成分是差不多的两个天,但阴天有一个多路高频内容。还记得那些短时的变化?嗯,这是他们在频域的外观。
所以也许我们可以通过比较较高频率的功率和某个阈值来区分晴天和阴天。
然而,太阳能板在夏季产生更多的能量,而在冬季产生更少的能量,这意味着这个阈值全年都要改变。
好了,我们想拥有的一年四季恒定的阈值。如果我们通过在较低频率的功率归一化的高频功率,我们可以使用一个固定的阈值。所以,让我们尝试在频率最低25%计算在频率的总功率的前75%的总功率的比值。
那么,我们应该如何分开的低频和高频?通过建立数字滤波器。我们需要的低频成分的低通滤波器和高频成分的高通滤波器。
为了建立这两个过滤器,我们先剥去DSP系统工具箱我们的模型回单运行轨迹和范围....座和阻力在滤波器的实现向导块。
双击块打开过滤器设计器应用程序。如果你在MATLAB中设计过过滤器,你可能以前使用过这个应用程序。让我们点击“设计过滤器”图标开始设计低通过滤器。
因为我们只得到样品每15分钟,我们需要一个过滤器,可以只用几样工作。我们将使用切比雪夫1型IIR滤波器,我们将滤波器的阶数设置为4。
然后我们必须指定一个截止频率。记住,我们想让低25%的频率通过。我们选择归一化频率,将wpass设为0。25。让通带纹波小于0。05 dB。
最后,按设计筛选按钮在底部。我们看到,新的响应是我们想要的。
我们可以通过点击组延迟响应按钮来检查由我们的过滤器引入的延迟。对于小于0.25的频率,延迟约为3个采样。我们以后记得吧。
现在,我们就完成了设计滤波器,让我们将它添加到我们的Simulink模型通过点击实现模型图标。金宝app我们将调用块“低通滤波器”,并选择选项“使用基本元素构建的模型”。这样,我们可以看到用于制作过滤器的基本Simulink模块,金宝app如延迟,乘法,并添加块。
当我们点击“实现模式”按钮...
......新的子系统在我们的模型创建的。让我们双击这个看看里面。
果然,过滤器仅仅是单位延迟,收益,并添加块,其中现代DSP芯片和FPGA优化实现。
现在的高频内容。我们可以重复同样的过程,设计并实现了高通滤波器。在这种情况下,高通滤波器由1个样品延迟输入信号。
好吧,让我们来测试电源信号我们新的过滤器。
我们添加三个并行路径:一为原始功率信号,一个用于低通滤波版本,一个为高通滤波版本。我们要对它们进行比较。
但是记住,低通滤波器引入了3个采样的延迟,而高通滤波器引入了1个采样的延迟。所以我们需要添加一些延迟块来确保这三个信号是对齐的。双击模型,键入“delay”,快速在3个样本的原信号上增加一个延时块,在2个样本的高通信号上增加另一个延时块。
我们将修改这个模型,以使用一个更长的、历时12年的数据集,该数据集存储在可变功耗中,时间戳为t。
在显微镜上,让我们放大六天。
黄线是原始功率信号。蓝线是低通的信号,它代表了一般平滑的趋势。和红线是高通信号,其捕获的变化由于云层。在时间多云,这些变化可能会很大。
现在,我们已经分离出的低频和高频信号,我们准备建立我们的阳光测试。
我们需要在足够长的时间内进行聚合,以便过滤器能够给出合理的结果,但我们不希望等待太久才能得到答案。所以我们将使用3小时的窗口,也就是12次测量!
要存储在时间窗口滤波器输出,我们将使用缓冲块从DSP系统工具箱。
双击缓冲,我们可以设置缓冲区的大小为12来处理了三个小时的窗口。我们需要每个滤波器路径上的缓冲。
现在我们将使用一些基本的数学操作块来计算我们的sunny测试,比如绝对值、元素的和和分块。
让我们添加一个块来比较与阈值的比率。有了Sim金宝appulink,您可以轻松地进行试验,为这个阈值找到一个合适的值。22工作得很好,但是您可以随意使用这个值,看看它是如何改变结果的。
比较的输出是0 (not sunny)和1 (sunny)。让我们把它缩放到与最大功率匹配,这样它就能很好地显示在图上。
我们应该移除Scope块上额外的输入端口。
我们运行之前,请注意这些缓冲区增加了一些延迟的信号。因此,要保持与原始信号一致,我们需要通过12来增加延迟。
好,让我们运行一下,看看我们的算法运行得如何。如果我们放大和以前一样的日子,它看起来工作得很好。
但是如果我们看看不同的六天,我们发现我们的方法有一个问题。有时它会说在午夜时分阳光灿烂!
为了解决这个问题,让我们在日光探测器将改变我们的阳光的考验。我们将简单地比较的低频功率到另一个门槛,这让我们知道,如果太阳居然高达。我们可以用AND块的两个条件结合起来。
重新运行模型,并检查那些日子......我们看到,我们已经解决了虚假检测问题。
现在我们有了一个工作的算法,我们希望将其部署到嵌入式系统中。有了嵌入式编码器,我们可以部署到Arduino, Raspberry Pi, Zynq等。
让我们部署我们的模型到一个Arduino板乌诺。
我们将打开模型设置窗口,选择硬件板卡。然后,我们取代用于与输出端口测试范围块。
现在让我们来生成代码。这需要我们的Simulink模金宝app型,并生成所有的C文件,我们需要编译部署模型。您还可以生成其他嵌入式系统通用的C代码。
或... VHDL或Verilog代码部署到FPGA。
一旦我们有了生成的代码,我们就将其移植到太阳能阵列的嵌入式硬件上。
看看我们已经利用Simulink完成!金宝app我们现在有可再生能源的稳定来源。
你已经看到了如何从一个空白画布到嵌入式系统上运行的信号处理应用。你还可以试试这一点。该文件供您下载。
现在您已经对使用Simulink是什么样子有了一个感觉,是时候学习它了。金宝app学习Simulink的最佳方法是使用它。金宝app因此,启动Simulin金宝appk OnRamp,它将教会您基础知识。它是免费的,只需要几个小时。
欢迎到Simulink金宝app的!
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