艾琳·伯恩,MathWorks公司
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您将学习如何进行建模,仿真,以及太阳能电池板测试控制器,因为它跟踪整个一天,太阳的运动。你会看到如何将物理系统模型,设计了该系统的一个基本的PI控制器,然后运行仿真,以确保模型正常工作。
通过例子去后,您将学习如何Simulink的是模拟基于模型的设计只是其中的一部分,模拟,测试和实现现万博1manbetx实世界的系统。
万博1manbetxSimulink则是建模动态系统的图形环境---即,系统随时间变化的。万博1manbetxSimulink中需要照顾的模拟,让你可以专注于工程。你可以用它来简单的事情型号---就像一个家温控器;或复杂的系统---像一个完全自主的车辆或手术机器人。
这个视频将向您展示Simulink的基础知识,并让您了解在Simulink中工万博1manbetx作是什么样的。请继续关注本文的最后部分,了解到哪里可以了解更多关于如何使用Simulink的信息。万博1manbetx让我们开始吧!
在马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks总部,有许多太阳能电池板用来发电。
这些面板朝南,固定在适当的位置。这意味着,当太阳在中午直射在它们身上时,它们会产生更多的电能,而当太阳在东方或西方,在白天的早晚,产生的电能就会减少。
如果你有太阳能电池板,旋转来跟踪太阳,这样你就可以产生尽可能多的电力?
在这段视频中,我们将使用Simulink中设计一个万博1manbetx跟踪系统,以保持与太阳对准太阳能电池板。如果你想为我们所建立的模型沿着沿,您可以通过以下链接下载。
所述物理系统包括一个面板和一个马达。我们将第一个模型的,然后我们将添加一个控制器来追踪太阳的位置。
一旦我们对设计满意,我们将测试它,看看它在追踪太阳实际数据方面的表现如何。
物理系统有两个主要组成部分。一些基本的物理,我们可以写出运动的每一个方程。让我们在面板第一款车型。
您可以通过点击在MA万博1manbetxTLAB工具条Simulink的按钮来启动Simulink的。这将打开起始页,在那里你可以创建新的模式,找到的例子,甚至可以找出基本的训练。
我们开始我们从零开始的模式,所以我们选择空白模型。
万博1manbetxSimulink模型是由模块和信号建立起来。打开库浏览器来查看所有可用的块。要为面板的方程模型,我们将与积分块开始。
让我们点击并拖动从图书馆到我们的模型的集成。
那么,为什么在Integrator块?那么,积分块接管时间的输入,并集成它。如果我们整合的加速,我们得到的速度。如果我们整合的速度,我们得到的位置。这是在Simulink模型微分方程的基础。万博1manbetx
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器。我们再加一个来得到位置。
我们与信号通过点击和块之间拖动连接在一起的块。不要担心这些红色的线,我们将在第二个连接起来。
标记信号以保持内容的组织是一个好主意,因此我们将双击信号并输入一个名称。我们把这个命名为theta_dot_dot表示加速度,然后是theta_dot_dot表示速度,和表示面板的位置。
接下来,让我们模型这个等式的右边。首先,扭矩项。
让我们用一个常量块。我们将与电机后替换此。
您可以双击一个块来更改其参数——让我们将值更改为10。
我们需要执行减法,让我们也抢减块。
阻尼项依赖于面板的速度,点信号。我们可以通过右键单击和拖动将这个信号与相减块连接起来。
而且不要忘了,我们仍然需要的Kd增加那种。让我们用一个增益模块为。
而不是硬编码增益值,我们也可以使用一个变量,甚至MATLAB代码。所以让我们只说增益的Kd。这红色框是在告诉我们的Kd尚未确定。所以点击三个点,并选择创建。我们给它的值是5,并将其存储在MATLAB的基本工作区。让我们来看看MATLAB,并且是的,可变的Kd已创建。
要完成本方程,我们需要除以惯性,J.我们将做到这一点与其他增益模块。
但是,现在我们知道了块的名称,我们就可以在模型中双击并开始输入块名称。然后,使用下拉找到合适的块,然后回车。
我们将增益设置为1 / J,并再次让我们定义的基工作区变量J具有8.6的值。
让我们添加注释,以显示建模方程式---所以我们回来的时候给它以后,我们会很容易知道的公式是什么。
这应该是我们所需要的面板数据模型。但要检查,如果一切正常,我们会想一些可视化的信号。万博1manbetxSimulink中有一堆的可视化工具。对于信号的快速检查,容易的选择是使用范围块......并把它连接到我们想要查看的信号。
让我们添加第二个范围看速度信号。
现在好了,我们已经准备好来模拟模型。我们可以设置模拟停止时间在模拟页----但是,我们把它作为10现在。
要运行模拟,只需单击run按钮。模拟结束了,但是你没有看到的是Simulink通过时间数值解出了微分方程。万博1manbetx
在示波器上双击来看看发生了什么。
在位置范围内,我们看到了面板的角位置增加。
在速度范围内,速度从零和水平关闭开始。
因此,与恒定的扭矩,面板开始转动,然后稳定到在一个固定的速率旋转。嗯,这是有道理的。
让我们做一个快速的完整性检查,看看我们是否切换扭矩的符号会发生什么。我们可以直接在模块上编辑恒定值!
重新运行…看起来不错-我们看到面板现在在相反的方向旋转。
现在,我们有面板模型的工作,让我们的基块一起,以保持组织的事情。只需选择您要包括块---我们将离开恒块和作用域了现在---然后单击建模选项卡创建子系统。
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。
您可以双击看到子系统的内容。这些椭圆形块inports和outports ---这是进出子系统的数据去。让我们调整端口名称。
好吧,我们仍然需要一个电机。请记住,运动方程?好了,我们可以遵循完全相同的过程建模。
和. .我们有马达了!
我们将提供一个电压到电动机产生的扭矩和移动面板。让我们来看看会发生什么。我们可以看到,当电压施加到电机的旋转面板---所以一切看起来不错迄今!
好的,我们已经做了面板和电机的模型。现在我们需要一个控制器来设置正确的电压,以便面板跟踪太阳。
从我们的模型,我们知道那里的面板指向。而且,假设太阳在这里。
我们要在太阳面板指点,所以这两个角度之间的差异是错误。我们要补充的是将电压施加到电机,使该误差尽可能小的控制器。
如果太阳移动,控制器将做出相应的反应,以保持对着太阳的面板。
好了,回到我们的Simulink万博1manbetx模型!
我们有面板这里的位置。为了得到错误,我们需要太阳的位置。虽然我们设计的控制器,我们将使用单位阶跃输入---这是相当常见的控制设计。我们将用一些实际的太阳位置数据后进行测试。
现在来计算误差。我们将使用一个和块,它已经有了这个漂亮的圆形在控制原理图中很常见。我们只需要将第二个端口更改为负而不是正。
接下来,我们需要一个控制器。有很多的选择,但常用的方法是某种形式的PID控制的---其代表比例/积分/微分,由于控制输出是误差,综合误差的一些功能,并且该衍生物的错误的。但我们并不需要建立所有的自己,我们只是增加一个PID控制器块。
我们的输入端连接到错误信号和输出驱动马达。
你可以看到有很多方法来定制控制器。我们将切换到PI控制器——D项有助于快速响应变化,我们不需要,因为太阳在天空中稳定地运行。
有两个增益需要调整:一个是比例项,另一个是积分项。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。
要了解如何控制执行,让我们使用相同的范围内同时显示太阳的位置和面板位置。请注意,一个新的端口会自动添加。
让我们来运行模型......并添加一个传奇的范围,所以我们可以分辨的信号。让我们也使位置线虚线。
我们可以看到,控制器过冲一点,然后稳定至1。参考值这是对我们的应用足够好。
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数据时它的表现如何。
让我们加载一些太阳位置数据到MATLAB基地工作区。该文件有两个变量:时间跨越15小时载体,并在每个时间点的太阳位置的向量。
我们绘制它。
你可以看到,太阳升起在东北从正北,并设置在西北约60度,在300度左右。
我们可以通过用INPORT更换步骤块把太阳位置数据到模型中。
我们需要选择要使用的数据。单击建模选项卡模型设置。然后导航到数据导入/导出窗格。
这里有很多设置——如果你对任何事情都不确定,只要右键点击并选择“这是什么”。这个输入选项就是我们所需要的。
在指定输入数据时,第一列应该总是时间。在此之后,您可以为模型中的每个输入添加一个列向量。
因为我们现在有15个小时的数据,我们将改变模拟的停止时间。
让我们运行的模型,我们可以看到它的跟踪太阳的位置非常好。
所以......我们模拟我们的太阳能电池板系统,开发了一个控制器,并测试了该系统,以确保它会跟踪太阳的运动。而且,它看起来像我们的设计作品!
但是,这仅仅是个开始。如果我们想使这些面板成为现实,我们可以将正确的设计规范到我们的模型。
我们可以引入其他工具,如Simscape来建模机械和电气系统,而不需要推导任何方程!有了Stateflow,我们可以添加逻辑来让面板更智能,这样它们在一天结束时就会转回东方,如果情况发生变化,它们就知道该怎么做。
然后,当我们准备好了,我们可以从模型自动生成代码,并将其直接部署到硬件上。
在每一个步骤,我们可以不断地测试设计,以确保它的无差错和会议规格。
随着在我们的设计过程的中心模型,我们可以解决各种设计问题。而你也可以。
现在你已经在Simulink中的工作是什么感觉就像是,它的时间去学习它。万博1manbetx学习Simulink的最好的办法是与它的工作万博1manbetx。因此,启动Simulink万博1manbetx的匝道,它会教你的Simulink的基本交互。它是免费的,只需要几个小时。
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