对系统进行建模和验证-MATLAB和Simulink-MathWorks In金宝appdiaGydF4y2Ba - 金宝app,下载188bet金宝搏,金宝搏官方网站

模型并验证系统GydF4y2Ba

使用Simulink进行基于模型的设计的第2步（共3步）金宝appGydF4y2Ba

您对系统结构中的每个组件建模，以表示该组件的物理或功能行为。您可以通过使用测试数据模拟基本组件行为来验证它们。GydF4y2Ba

打开系统布局GydF4y2Ba

开放模型GydF4y2Ba

当对单个组件建模时，整个系统布局的全局视图是很有用的。首先加载布局模型。在MATLAB命令行中，输入:GydF4y2Ba

开放式系统(GydF4y2Ba'system_layout.slx'GydF4y2Ba的）GydF4y2Ba

模型组件GydF4y2Ba

一个金宝app仿真软件GydF4y2Ba^®GydF4y2Ba组件的模型基于几个起点：GydF4y2Ba

物理组件的输出和输入之间的显式数学关系-您可以通过代数计算和微分方程积分，直接或间接地从输入计算组件的输出。例如，给定流入率的水箱水位计算是显式的每个Simulink块根据从输入到输出的计算定义执行。金宝appGydF4y2Ba
物理组件的模型变量之间的隐式数学关系 - 因为变量是相互依赖的，为组件分配输入和输出并不直接。例如，电压GydF4y2Ba+GydF4y2Ba在电路中连接的电机的端部和电压GydF4y2Ba-GydF4y2Ba结束具有隐含关系。为了在Simulink中模拟这种关系，您可以使用Simscape金宝app™或模型的物理建模工具，作为允许输入/输出定义的较大组件的一部分。有时，更接近建模目标和组件定义的检查有助于定义输入/输出关系。GydF4y2Ba
从实际系统获得的数据-您已测量了实际组件的输入/输出数据，但不存在完全定义的数学关系。许多设备具有符合此描述的未建模组件。例如，电视散热。您可以使用系统识别工具箱™ 定义此类系统的输入/输出关系。GydF4y2Ba
显式功能定义-通过代数和逻辑计算从输入定义功能组件的输出。例如，恒温器的开关逻辑。您可以将大多数功能关系建模为Simulink块和子系统。金宝appGydF4y2Ba

本教程为具有显式输入/输出关系的物理和功能组件建模。在本教程中，您将:GydF4y2Ba

使用系统方程来创建Simulink模型。金宝appGydF4y2Ba
在Simulink编辑器中添加和金宝app连接Simulink块。块代表方程中的系数和变量。GydF4y2Ba
分别建立一个系统的模型，最有效的方法是首先独立地考虑组件。GydF4y2Ba
首先，使用系统的近似值建立简单的模型。确定可能影响模型准确性的假设。迭代地添加细节，直到复杂性级别满足建模和精度要求。GydF4y2Ba

对物理组件进行建模GydF4y2Ba

描述各分量之间的关系，例如，数据，能量和力的传递。在Simulink中使用系统方程建立系统的图形模型。金宝appGydF4y2Ba

在开始对组件建模之前，需要问一些问题：GydF4y2Ba

每个组件的常量是什么？除非您更改它们，否则哪些值不会更改？GydF4y2Ba
每个组件的变量是什么?哪些值会随时间变化?GydF4y2Ba
一个组件有多少状态变量？GydF4y2Ba

运用科学原理推导出各成分的方程式。许多系统方程可分为三类:GydF4y2Ba

对于连续系统，微分方程描述了与所有时间值定义的方程式的变量的变化率。例如，一阶微分方程给出了汽车的速度：GydF4y2Ba

$\frac{D.GydF4y2Ba V.GydF4y2Ba （GydF4y2Ba T.GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba}{D.GydF4y2Ba T.GydF4y2Ba} =GydF4y2Ba -GydF4y2Ba \frac{B.GydF4y2Ba}{M.GydF4y2Ba} V.GydF4y2Ba （GydF4y2Ba T.GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba +GydF4y2Ba 你GydF4y2Ba （GydF4y2Ba T.GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba$
对于离散系统，差异方程描述了变量的变化率，但是等式仅在特定时间定义。例如，来自离散比例衍生控制器的控制信号：GydF4y2Ba

$P.GydF4y2Ba D.GydF4y2Ba [GydF4y2Ba N.GydF4y2Ba]GydF4y2Ba =GydF4y2Ba （GydF4y2Ba E.GydF4y2Ba [GydF4y2Ba N.GydF4y2Ba]GydF4y2Ba -GydF4y2Ba E.GydF4y2Ba [GydF4y2Ba N.GydF4y2Ba -GydF4y2Ba 1GydF4y2Ba]GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba {K.GydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba} +GydF4y2Ba E.GydF4y2Ba [GydF4y2Ba N.GydF4y2Ba]GydF4y2Ba {K.GydF4y2Ba}_{P.GydF4y2Ba}$
没有衍生物的等式是代数方程。例如，代数方程具有两个组件的并联电路中的总电流：GydF4y2Ba

${一世GydF4y2Ba}_{T.GydF4y2Ba} =GydF4y2Ba {一世GydF4y2Ba}_{一种GydF4y2Ba} +GydF4y2Ba {一世GydF4y2Ba}_{B.GydF4y2Ba}$

轮子和线性运动。GydF4y2Ba有两种力量在车轮上采取行动：GydF4y2Ba

电动机施加的力 - 力GydF4y2BaFGydF4y2Ba作用于速度变化方向，是车轮子系统的输入。GydF4y2Ba
阻力-力GydF4y2BaFGydF4y2Ba_拖GydF4y2Ba与速度变化方向相反，是速度的函数。GydF4y2Ba

${FGydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba 一种GydF4y2Ba GGydF4y2Ba} =GydF4y2Ba {K.GydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba 一种GydF4y2Ba GGydF4y2Ba} V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba$

加速度与这些力的总和成正比:GydF4y2Ba

$\begin{matrix} （GydF4y2Ba M.GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba \overset{˙GydF4y2Ba}{V.GydF4y2Ba} =GydF4y2Ba FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba {FGydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba 一种GydF4y2Ba GGydF4y2Ba} \\ （GydF4y2Ba M.GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba \overset{˙GydF4y2Ba}{V.GydF4y2Ba} =GydF4y2Ba FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba {K.GydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba 一种GydF4y2Ba GGydF4y2Ba} V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba \\ \overset{˙GydF4y2Ba}{V.GydF4y2Ba} =GydF4y2Ba \frac{FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba {K.GydF4y2Ba}_{D.GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba 一种GydF4y2Ba GGydF4y2Ba} V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba V.GydF4y2Ba |GydF4y2Ba}{（GydF4y2Ba M.GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba} \end{matrix}$

在哪里GydF4y2BaK.GydF4y2Ba_拖GydF4y2Ba是拖动系数和GydF4y2BaM.GydF4y2Ba是机器人的质量。每个轮子都带有该群众的一半。GydF4y2Ba

构建车轮模型：GydF4y2Ba

在里面GydF4y2Basystem_layout.GydF4y2Ba模型中,双击GydF4y2Ba右轮GydF4y2Ba子系统以显示空的子系统。GydF4y2Ba
模型速度和加速度。加一个GydF4y2Ba积分器GydF4y2Ba阻止。将初始条件设置为GydF4y2Ba0.GydF4y2Ba．该块的输入是加速度GydF4y2BaVdotGydF4y2Ba并且输出是速度GydF4y2BaV.GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
对阻力进行建模。添加一个GydF4y2BaMATLAB函数GydF4y2Ba块从用户定义的函数库。这GydF4y2BaMATLAB函数GydF4y2Ba块提供了在模型中实现数学表达式的快速方法。若要编辑函数，请双击块以打开MATLAB函数编辑器。GydF4y2Ba
定义MATLAB函数块的参数。在里面GydF4y2BaMATLAB函数GydF4y2Ba块编辑器，单击GydF4y2Ba编辑数据GydF4y2Ba按钮。点击GydF4y2Bak_drag.GydF4y2Ba，放GydF4y2Ba范围GydF4y2Ba到GydF4y2Ba范围GydF4y2Ba，然后点击GydF4y2Ba申请GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
从电机力量中减去阻力GydF4y2Ba减去GydF4y2Ba堵塞。用a完成力量加速方程GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba带参数的块GydF4y2Ba1 / (m / 2)GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
倒转…的方向GydF4y2BaMATLAB函数GydF4y2Ba块，选择块。在工具条上，在GydF4y2Ba总体安排GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba翻转左右GydF4y2Ba．连接块。GydF4y2Ba
两个轮子的动态相同。制作刚刚建模并粘贴在左轮子系统中的右轮子系统的副本。GydF4y2Ba
查看模型的顶级。点击GydF4y2Ba向上导航到父级GydF4y2Ba按钮GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

旋转运动。GydF4y2Ba当两个轮子向相反的方向转动时，它们就在一个半径圆内运动GydF4y2BaR.GydF4y2Ba，引起机器人的旋转运动。当轮子向同一方向转动时，就没有转动。假设车轮速度总是相等的大小，它是实际的模型旋转运动依赖于两个车轮速度的差异GydF4y2BaV.GydF4y2Ba_R.GydF4y2Ba和GydF4y2BaV.GydF4y2Ba_L.GydF4y2Ba：GydF4y2Ba

$\overset{˙GydF4y2Ba}{θGydF4y2Ba} =GydF4y2Ba \frac{{V.GydF4y2Ba}_{R.GydF4y2Ba} -GydF4y2Ba {V.GydF4y2Ba}_{L.GydF4y2Ba}}{2GydF4y2Ba R.GydF4y2Ba}$

构建旋转动力学模型：GydF4y2Ba

在最高层GydF4y2Basystem_layout.GydF4y2Ba模型，双击rotate子系统显示空子系统。删除连接GydF4y2Ba输入GydF4y2Ba和GydF4y2Ba外埠GydF4y2Ba阻碍。GydF4y2Ba
模型角速度和角度。加一个GydF4y2Ba积分器GydF4y2Ba阻止。将初始条件设置为GydF4y2Ba0.GydF4y2Ba.此块的输出为角度GydF4y2Baθ.GydF4y2Ba输入是角速度GydF4y2Batheta_dotGydF4y2Ba．GydF4y2Ba
从切向速度计算角速度。添加A.GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba使用参数GydF4y2Ba1 /（2 * r）GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
连接块。GydF4y2Ba
查看模型的顶级。点击GydF4y2Ba向上导航到父级GydF4y2Ba按钮GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

为功能组件建模GydF4y2Ba

描述从函数输入到输出的函数。此描述可包括代数方程和逻辑结构，可用于在Simulink中构建系统的图形模型。金宝appGydF4y2Ba

坐标转换。GydF4y2Ba机器人在X和Y坐标系中的速度，GydF4y2BaV.GydF4y2Ba_XGydF4y2Ba和GydF4y2BaV.GydF4y2Ba_yGydF4y2Ba，与线速度有关GydF4y2BaV.GydF4y2Ba_N.GydF4y2Ba和角GydF4y2Baθ.GydF4y2Ba：GydF4y2Ba

$\begin{array}{l} {V.GydF4y2Ba}_{XGydF4y2Ba} =GydF4y2Ba {V.GydF4y2Ba}_{N.GydF4y2Ba} 余弦GydF4y2Ba （GydF4y2Ba θGydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba \\ {V.GydF4y2Ba}_{yGydF4y2Ba} =GydF4y2Ba {V.GydF4y2Ba}_{N.GydF4y2Ba} 罪GydF4y2Ba （GydF4y2Ba θGydF4y2Ba 的）GydF4y2Ba \end{array}$

构建坐标转换模型:GydF4y2Ba

在最高层GydF4y2Basystem_layout.GydF4y2Ba模型，双击坐标变换子系统显示空子系统。GydF4y2Ba
模型三角函数。添加A.GydF4y2Ba真主GydF4y2Ba块从数学运算库。GydF4y2Ba
模型乘法。加二GydF4y2Ba产品GydF4y2Ba块从数学运算库。GydF4y2Ba
连接块。GydF4y2Ba
查看模型的顶级。点击GydF4y2Ba向上导航到父级GydF4y2Ba按钮GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

设置模型参数GydF4y2Ba

模型参数值的源代码可以是：GydF4y2Ba

书面规范，如标准属性表或制造商数据表GydF4y2Ba
对现有系统的直接测量GydF4y2Ba
使用系统输入/输出的估计GydF4y2Ba

该模型使用以下参数:GydF4y2Ba

范围GydF4y2Ba	象征GydF4y2Ba	价值GydF4y2Ba
质量GydF4y2Ba	`M.GydF4y2Ba`	2.5千克GydF4y2Ba
滚动阻力GydF4y2Ba	`k_drag.GydF4y2Ba`	30 NS.GydF4y2Ba^2GydF4y2Ba/ M.GydF4y2Ba
机器人半径GydF4y2Ba	`R.GydF4y2Ba`	0.15米GydF4y2Ba

金宝appSimulink使用MATLABGydF4y2Ba^®GydF4y2Ba用于评估参数的工作空间。在MATLAB命令窗口中设置这些参数：GydF4y2Ba

m = 2.5;k_drag = 30;r = 0.15;GydF4y2Ba

使用仿真验证组件GydF4y2Ba

通过提供输入和观察输出来验证组件。即使是这样的简单验证也可以指出立即改进模型的方法。此示例验证这些行为：GydF4y2Ba

当将力连续施加到车轮上时，速度增加，直到它达到稳态速度。GydF4y2Ba
当车轮向相反的方向转动时，旋转角度以恒定的速率增加。GydF4y2Ba

验证车轮组件GydF4y2Ba

为车轮组件创建并运行一个测试模型:GydF4y2Ba

创建一个新模型。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba刚出现的GydF4y2Ba．复制右车轮块到新的模型。GydF4y2Ba
创建一个测试输入。添加一个GydF4y2Ba一步GydF4y2Ba块，并将其连接到右轮块的输入。保持步长时间参数为GydF4y2Ba1GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
向输出添加查看器。右键单击Right Wheel块的输出端口并选择GydF4y2Ba创建和连接查看器> Simulink>范围金宝appGydF4y2Ba．GydF4y2Ba
运行模拟。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba跑GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

仿真结果显示了一般的预期行为。在步长时间施加力之前没有运动。当施加力时，速度开始增加，当所施加的力和阻力达到平衡时，速度稳定在一个常数。除了验证之外，这个模拟还提供了关于给定力下车轮的最大速度的信息。GydF4y2Ba

验证旋转组件GydF4y2Ba

为旋转模型创建并运行一个测试模型:GydF4y2Ba

创建一个新模型。点击GydF4y2Ba并将旋转块复制到新模型中。GydF4y2Ba
在新模型中创建一个测试输入。添加A.GydF4y2Ba一步GydF4y2Ba从源库中删除块。将步长时间参数设置为GydF4y2Ba1GydF4y2Ba. 将其连接到旋转块的输入。此输入表示车轮反向旋转时车轮速度的差异。GydF4y2Ba
将查看器添加到输出。右键单击旋转块的输出端口并选择GydF4y2Ba创建和连接查看器> Simulink>范围金宝appGydF4y2Ba．GydF4y2Ba
运行模拟。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba跑GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

该模拟表明，当车轮在相反方向上以相同的速度转动时，该角度稳定地增加。您可以进行一些模型改进，使其更容易解释角度输出，例如：GydF4y2Ba

您可以将Radians的输出转换为度数。添加A.GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba有增益的块GydF4y2Ba180 / pi.GydF4y2Ba．GydF4y2Ba
您可以在360度的周期中显示输出的度数。添加A.GydF4y2Ba数学函数GydF4y2Ba块的功能GydF4y2Ba国防部GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

MATLAB三角函数以弧度作为输入。GydF4y2Ba

验证模型GydF4y2Ba

在验证单个组件之后，可以对整个模型执行类似的验证。这个例子验证了以下行为:GydF4y2Ba

当在相同的方向上施加相同的力，机器人以一条线移动。GydF4y2Ba
当向相反方向对两个轮子施加相同的力时，机器人就会原地旋转。GydF4y2Ba

在里面GydF4y2Basystem_layout.GydF4y2Ba模型，双击输入子系统以显示空的子系统。GydF4y2Ba
通过添加GydF4y2Ba一步GydF4y2Ba块将“步长时间”参数设置为GydF4y2Ba1GydF4y2Ba．将它连接到两者GydF4y2Ba外埠GydF4y2Ba阻碍。GydF4y2Ba
在模型的顶层，将两个输出信号连接到同一示波器查看器：GydF4y2Ba
运行模型。GydF4y2Ba

在此图中，黄线为X方向，蓝线为Y方向。由于角度为零且没有变化，因此车辆仅在X方向移动，如预期。GydF4y2Ba
双击input子系统并添加一个GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba使用参数GydF4y2Ba-1GydF4y2Ba在源和第二个输出之间。这反转了左轮的方向。GydF4y2Ba
将范围添加到角度输出。GydF4y2Ba
运行模型。GydF4y2Ba

第一视图表明x-y平面中没有运动。第二视图表明存在稳定的旋转。GydF4y2Ba