erin byrne,mathworks
开始使用simulink金宝app®通过走过一个例子。此视频向您展示了使用Simulink的基础知识。金宝app
您将学习如何模拟,模拟和测试太阳能电池板的控制器,因为它在整天轨道追踪太阳的运动。您将看到如何模拟物理系统,为该系统设计一个基本PI控制器,然后运行模拟以确保模型正常工作。
经过该示例后,您将了解Simulink是基于模型的设计的一部分,用于建模,模拟,测试和实现现实世界系金宝app统。
金宝appSimulink是用于建模动态系统的图形环境 - 即随着时间的推移而改变的系统。金宝appSimulink负责调整模拟,以便您可以专注于工程。你可以用它来模拟简单的东西 - 就像家用恒温器;或复杂的系统---像一个完全自主车辆或手术机器人一样。
本视频将向您展示Simulink的基础知识,并让您了解在Simulink中工作金宝app是什么样子的。请继续关注最后一集,了解如何使用Simulink的更多信息。金宝app让我们开始吧!
在马萨诸塞州纳尼克的Mathworks总部,有许多太阳能电池板可以发电。
这些镶板面朝南,并固定在适当的位置。这意味着,当太阳在中午直接照射它们时,它们会产生更多的电力,而当太阳在白天的早些和晚些时候在东方或西方时,它们会产生更少的电力。
如果你有太阳能电池板,它会跟着太阳旋转,这样你就能尽可能多地发电,那会怎么样?
在此视频中,我们将使用Simulink设计跟踪系统金宝app,以防止太阳能电池板与太阳保持一致。如果您想随时遵循建立型号,您可以使用下面的链接下载。
物理系统由面板和电机组成。我们将首先模拟这些,然后我们将添加一个控制器以跟踪太阳的位置。
一旦我们对设计满意,我们就会测试它追踪太阳数据的效果如何。
物理系统有两个主要组件。通过一些基本的物理,我们可以为每个物理写出运动的方程。让我们先模拟小组。
通过单击MATLAB金宝app ToolStrip中的“Simulink”按钮开始Simulink。这将打开起始页面,您可以在其中创建新模型,查找示例,甚至可以找到基本培训。
我们从头开始启动模型,所以我们将选择空白模型。
金宝appSimulink模型由块和信号构建。打开库浏览器以查看所有可用的块。要为面板进行模型,我们将从Integrator块开始。
让我们单击并从库中拖动集成器到我们的模型。
为什么Integrator块?嗯,Integrator Bloct占据了输入并随时间集成。如果我们整合加速,我们会得到速度。如果我们整合速度,我们就会找到位置。这是在Simulink中建模微分方程的基础。金宝app
我们的方程有加速度和速度项,所以我们至少需要一个积分项。我们再加一个来得到位置。
通过单击和拖动在块之间,将块与信号连接在一起。不要担心这些红线,我们会在一秒钟内连接。
为信号添加标签以保持组织是一个好主意,因此我们将双击信号并输入名称。我们把它命名为加速度,然后命名为速度,然后命名为面板的位置。
接下来,让我们模拟这个方程的右侧。首先,扭矩术语。
让我们使用一个常量块。我们稍后会用电机替换它。
您可以双击一个块来更改它的参数——让我们将值更改为10。
我们需要执行减法,所以让我们也抓取一个Subtract块。
阻尼项取决于面板的速度——ta_dot信号。我们可以通过右键单击和拖动将这个信号分支到Subtract块。
不要忘记我们仍然需要乘以KD。让我们使用增益块。
我们也可以使用变量,甚至是MATLAB代码而不是硬编码增益值。所以让我们说收益是kd。那个红色盒子告诉我们,KD还没有定义。所以单击三个点,然后选择“创建”。我们将为它提供5的值,并将其存储在Matlab的基础工作空间中。让我们检查MATLAB,YEP,已创建变量KD。
为了完成等式,我们需要分开惯性,J.我们将用另一个收益块做到这一点。
但是现在我们知道块的名称,我们只能双击模型并开始键入块名称。然后,使用下拉以查找合适的块并按Enter键。
我们会将增益设置为1 / j,并再次设置为18.6的基础工作区中的变量j。
让我们添加一个注释来显示建模的等式 - 所以当我们稍后回到它时,我们将很容易地知道方程式是什么。
这应该是建模面板所需的全部。但要检查一切是否正常工作,我们希望可视化一些信号。金宝appSimulink有一堆可视化工具。为了快速检查信号,简单的选项是使用范围块...并将其连接到我们要查看的信号。
我们再加一个显示器来观察速度信号。
好的,现在我们已经准备好模拟了模型。我们可以在模拟选项卡中设置仿真停止时间 - 但是,我们现在将其留给它10。
要运行模拟,只需单击“运行”按钮。模拟完成,但您没有看到的是,模拟通过时间数量地解决了微分方程。金宝app
双击范围以查看发生的情况。
在职位范围内,我们看到面板的角度位置增加。
在速度范围内,速度从零和级别开始。
因此,对于恒定的扭矩,面板开始转动,然后以固定速率旋转以旋转。那是有道理的。
让我们快速理智检查,看看如果我们切换扭矩的符号会发生什么。我们可以直接在块上编辑恒定值!
重新运行……看起来不错——我们看到面板现在向相反的方向旋转。
现在我们有面板模型工作,让我们将这些块集合在一起以保持组织的东西。只需选择您要包含的块 - 我们现在将留下常量块和范围 - 然后单击“建模”选项卡中的“创建子系统”。
现在,所有这些块都包含在这个子系统中。我们把它命名为Panel。
您可以双击以查看子系统内容。这些椭圆形块是Inports和Outports ---这是进出子系统的数据。让我们调整端口名称。
好的,我们仍然需要一个马达。还记得电机方程吗?嗯,我们可以遵循与模拟相同的过程。
和. .我们有发动机了!
我们将为电机提供电压以产生扭矩并移动面板。让我们检查会发生什么。我们可以看到面板旋转电压施加到电机时 - 所以到目前为止一切看起来都很好!
好的,我们已经建立了面板和马达的模型。现在我们需要一个控制器来设置正确的电压,这样面板就能跟踪太阳。
从我们的模型中,我们知道面板指向的位置。而且,让我们说太阳结束了。
我们希望面板指向太阳,因此这两个角度之间的差异是错误。我们将添加一个控制器,该控制器将电压应用于电机,使得尽可能小的误差。
如果太阳移动,则控制器将相应地反应以保持面板指向太阳。
好的,回到我们的Simulink金宝app模型!
我们在这里拥有面板的位置。要收到错误,我们需要太阳的位置。在我们设计控制器的同时,我们将使用单位步骤输入---在控制设计中非常常见。我们稍后会用一些实际的太阳位置数据测试它。
现在来计算误差。我们将使用Sum块,它已经有了这个在控制原理图中常见的圆形。我们只需要将第二个端口改为负的而不是正的。
接下来我们需要一个控制器。有很多选择,但是一种常见的方法是某种形式的PID控制 - 它代表比例/积分/衍生,因为控制输出是错误的一些函数,集成错误和错误的导数。但我们不需要建立自己,我们只需添加PID控制器块。
我们将输入连接到误差信号,输出将驱动电机。
您可以看到定制控制器的方法有很多种。我们将切换到PI控制器——D项有助于响应快速变化,这是我们不需要的,因为太阳稳定地在天空中移动。
有两个增益需要调整:一个是比例项,一个是积分项。这些会影响控制器的响应。我们将比例增益设为240积分增益设为180。
要查看控制器执行的程度,让我们使用相同的范围来显示太阳位置和面板位置。请注意,自动添加新端口。
让我们运行模型...并向范围添加一个传奇,以便我们可以分开信号。让我们制作位置线虚线。
我们可以看到控制器过度地过度,然后将其定居到1.对我们的申请足够好。
好的,我们设计了控制器。但是,它真的能追踪太阳的运动吗?让我们看看当我们给它提供一些真实的数据时,它是如何执行的。
让我们将一些太阳位置数据加载到Matlab基础工作区中。此文件具有两个变量:跨越15小时的时间的向量,以及每个时间点的太阳位置的向量。
让我们绘制它。
您可以看到太阳在东北升起约60度,从北方左右,在西北部约300度。
我们可以通过用Inport替换步骤块来将太阳位置数据带入模型中。
我们需要选择要使用的数据。单击“建模”选项卡中的“模型设置”。然后导航到数据导入/导出窗格。
这里有很多设置——如果你不确定任何事情,只需右键单击并选择“这是什么”。这个输入选项是我们需要的。
当指定输入数据时,第一列应该总是时间。之后,您可以为模型中的每个import添加列向量。
由于我们现在有15个小时的数据,我们将更改模拟停止时间。
让我们运行模型,我们可以看到它的跟踪太阳的位置。
所以......我们建模我们的太阳能电池板系统,开发了一个控制器,并测试了系统,以确保它将跟踪太阳的运动。而且,它看起来我们的设计作品!
但这只是一开始。如果我们想制作这些面板现实,我们可以将适当的设计规范纳入我们的模型。
我们可以引入其他工具,如Simscape来模拟机械和电气系统,而不需要推导任何方程!有了Stateflow,我们可以添加逻辑使面板变得智能,所以它们在一天结束时转回东部,它们知道如果条件改变该做什么。
然后,当我们准备好了,我们可以从模型自动生成代码并直接部署到硬件。
在路上的每一步,我们可以不断测试设计,以确保它是无错误和满足规范。
随着我们设计过程中心的模型,我们可以解决各种设计问题。你也可以。
现在你有一种觉得在Simulink中的工作就是这样的,现在是时候了解它了。金宝app学习Simulink的最佳方法是使用它。金宝app因此,启动Simulink金宝app ondramp,它将相互作用地教授Simulink的基础知识。它是免费的,只需几个小时。
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