模型和验证系统GydF4y2Ba

步骤2的3与Simulink的基于模型的设计万博1manbetxGydF4y2Ba

你的系统结构内的每个部件模型来表示该组分的物理或功能特性。通过使用测试数据模拟验证它们的基本组成部分的行为。GydF4y2Ba

打开系统布局GydF4y2Ba

打开模型GydF4y2Ba

整个系统的布局的一个大画面视图建模单个组分时是很有用的。通过加载模型布局开始。在MATLAB命令行中输入：GydF4y2Ba

open_system（GydF4y2Ba'system_layout.slx'GydF4y2Ba）GydF4y2Ba

模型组件GydF4y2Ba

Si万博1manbetxmulink的GydF4y2Ba®GydF4y2Ba组件的模型是基于几个出发点：GydF4y2Ba

  • 输出和一个物理部件的输入端之间的明确的数学关系 - 可以从输入计算部件的输出，直接或间接，通过代数运算和微分方程的积分。例如在给定的流入速率的水箱中的水位的计算是显式的关系。每个Sim万博1manbetxulink模块基于从它的输入到其输出的计算的定义。GydF4y2Ba

  • 物理组件的模型变量之间的隐式的数学关系 - 由于变量是相互依赖的，分配一个输入和一个输出到部件并不简单。例如，电压在GydF4y2Ba+GydF4y2Ba连接成电路的电动机，并在所述电压的结束GydF4y2Ba-GydF4y2Ba端部处具有一个隐含的关系。为了模拟在Simulink这样的关系，您可以使用物理建模工具，如万博1manbetx的Simscape™或这些变量作为一个更大的组件，允许输入/输出定义的零件模型。有时，模拟目标和组件的定义更仔细的检查有助于定义输入/输出关系。GydF4y2Ba

  • 从实际的系统中的数据获得的 - 你已经从实际测得的组件的输入/输出数据，但完全定义的数学关系不存在。许多设备都符合该描述的非建模组件。例如，该热消散由电视。您可以使用系统辨识工具箱™来定义这样一个系统的输入/输出关系。GydF4y2Ba

  • 一个明确的功能性定义 - 您通过代数和逻辑运算限定从输入的功能部件的输出。例如，一个恒温器的切换逻辑。您可以建模为Simulink模块和子系统，功能最全的关系。万博1manbetxGydF4y2Ba

本教程物理模型，并用明确的输入/输出关系的功能组件。在本教程中，你会：GydF4y2Ba

  1. 使用系统方程来创建一个Simulink模型。万博1manbetxGydF4y2Ba

  2. 添加并在Simulink编辑器连万博1manbetx接Simulink模块。块表示从公式中的系数和变量。GydF4y2Ba

  3. 分别建立每个组件的模型。建立一个系统的模型最有效的方法是首先考虑的独立组件。GydF4y2Ba

  4. 通过建立使用该系统的近似简单的模型开始。确定的假设可能会影响你的模型的准确性。反复添加细节，直至满足复杂建模和精度要求的水平。GydF4y2Ba

模型中的物理组件GydF4y2Ba

描述部件之间的关系，例如，数据，能量和力传递。使用系统方程来构建系统在Simulink的图形模型。万博1manbetxGydF4y2Ba

有些问题要问你开始一个组件模型之前：GydF4y2Ba

  • 什么是每个组件的常量？什么样的价值观不改变，除非你改变呢？GydF4y2Ba

  • 什么是每个组件的变量？什么样的价值观随时间而变化？GydF4y2Ba

  • 有多少状态变量没有一个成分有哪些？GydF4y2Ba

导出用于使用科学原理各成分的公式。许多系统方程可以分为三类：GydF4y2Ba

  • 对于连续系统，微分方程描述变化的与用于时间的所有值定义的等式的变量的速率。例如，一阶差分方程给出了一个汽车的速度：GydF4y2Ba

    dGydF4y2Ba vGydF4y2Ba （GydF4y2Ba ŤGydF4y2Ba ）GydF4y2Ba dGydF4y2Ba ŤGydF4y2Ba =GydF4y2Ba -GydF4y2Ba bGydF4y2Ba 米GydF4y2Ba vGydF4y2Ba （GydF4y2Ba ŤGydF4y2Ba ）GydF4y2Ba +GydF4y2Ba üGydF4y2Ba （GydF4y2Ba ŤGydF4y2Ba ）GydF4y2Ba

  • 离散系统，差分方程描述变化为变量的速率，但方程只在特定的时间来定义。例如，从一个离散比例微分控制器的控制信号：GydF4y2Ba

    pGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [GydF4y2Ba ñGydF4y2Ba ]GydF4y2Ba =GydF4y2Ba （GydF4y2Ba ËGydF4y2Ba [GydF4y2Ba ñGydF4y2Ba ]GydF4y2Ba -GydF4y2Ba ËGydF4y2Ba [GydF4y2Ba ñGydF4y2Ba -GydF4y2Ba 1GydF4y2Ba ]GydF4y2Ba ）GydF4y2Ba ķGydF4y2Ba dGydF4y2Ba +GydF4y2Ba ËGydF4y2Ba [GydF4y2Ba ñGydF4y2Ba ]GydF4y2Ba ķGydF4y2Ba pGydF4y2Ba

  • 而不衍生物方程是代数方程。例如，代数方程给出在具有两个组件的并联电路的总电流：GydF4y2Ba

    一世GydF4y2Ba ŤGydF4y2Ba =GydF4y2Ba 一世GydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba +GydF4y2Ba 一世GydF4y2Ba bGydF4y2Ba

车轮和直线运动。GydF4y2Ba有两股力量在起作用轮：GydF4y2Ba

  • 施加的力由电机 - 力GydF4y2BaFGydF4y2Ba作用于速度变化的方向和为输入至车轮子系统。GydF4y2Ba

  • 阻力 - 力GydF4y2BaFGydF4y2Ba拖动GydF4y2Ba反作用速度变化的方向和为速度的函数。GydF4y2Ba

    FGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba GGydF4y2Ba =GydF4y2Ba ķGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba GGydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba

加速度成正比，这些力量的总和：GydF4y2Ba

（GydF4y2Ba 米GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba ）GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ˙GydF4y2Ba =GydF4y2Ba FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba FGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba GGydF4y2Ba （GydF4y2Ba 米GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba ）GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ˙GydF4y2Ba =GydF4y2Ba FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba ķGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba GGydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ˙GydF4y2Ba =GydF4y2Ba FGydF4y2Ba -GydF4y2Ba ķGydF4y2Ba dGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 一个GydF4y2Ba GGydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba VGydF4y2Ba |GydF4y2Ba （GydF4y2Ba 米GydF4y2Ba /GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba ）GydF4y2Ba

哪里GydF4y2BaķGydF4y2Ba拖动GydF4y2Ba是阻力系数和GydF4y2Ba米GydF4y2Ba是机器人的质量。每个车轮进行这种大规模的一半。GydF4y2Ba

构建轮型号：GydF4y2Ba

  1. 在里面GydF4y2Basystem_layoutGydF4y2Ba模型，双击GydF4y2Ba右轮GydF4y2Ba子系统来显示空子系统。GydF4y2Ba

  2. 型号速度和加速度。添加GydF4y2Ba积分GydF4y2Ba块。离开初始条件设置为GydF4y2Ba0GydF4y2Ba。这个块的输入是加速GydF4y2BaVDOTGydF4y2Ba且输出是速度GydF4y2BaVGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  3. 模型中的阻力。添加GydF4y2BaMATLAB功能GydF4y2Ba从用户定义的函数库块。该GydF4y2BaMATLAB功能GydF4y2Ba块提供了实现模型中的数学表达式的快捷方式。编辑的功能，双击块打开MATLAB函数编辑器。GydF4y2Ba

  4. 定义为MATLAB功能块的参数。在里面GydF4y2BaMATLAB功能GydF4y2Ba块编辑器，单击GydF4y2Ba编辑数据GydF4y2Ba按钮。请点击GydF4y2Bak_dragGydF4y2Ba，组GydF4y2Ba范围GydF4y2Ba至GydF4y2Ba参数GydF4y2Ba和点击GydF4y2Ba应用GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  5. 从电机力减去阻力GydF4y2Ba减去GydF4y2Ba块。完成与力加速方程式GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba与参数块GydF4y2Ba1 /（M / 2）GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  6. 要反转的方向GydF4y2BaMATLAB功能GydF4y2Ba块，右键单击块，然后选择GydF4y2Ba旋转与翻转>翻转块GydF4y2Ba。连接块。GydF4y2Ba

  7. 两个轮子的动力是相同的。让刚建模右轮子系统的复制和粘贴左轮子系统。GydF4y2Ba

  8. 查看该模型的顶层。点击GydF4y2Ba向上导航至父GydF4y2Ba按键GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

旋转运动。GydF4y2Ba当两个轮子转动方向相反，他们在半径的圆运动GydF4y2Ba[RGydF4y2Ba，使机器人的旋转运动。当车轮转动的方向一致，没有旋转。假设车轮速度总是在幅度上相等，则实际的旋转运动建模为依赖于所述两个车轮速度的差GydF4y2BaVGydF4y2Ba[RGydF4y2Ba和GydF4y2BaVGydF4y2Ba大号GydF4y2Ba：GydF4y2Ba

θGydF4y2Ba ˙GydF4y2Ba =GydF4y2Ba VGydF4y2Ba [RGydF4y2Ba -GydF4y2Ba VGydF4y2Ba 大号GydF4y2Ba 2GydF4y2Ba [RGydF4y2Ba

构建旋转动力学模型：GydF4y2Ba

  1. 在的顶级GydF4y2Basystem_layoutGydF4y2Ba模型，双击旋转子系统，显示空子系统。删除之间的连接GydF4y2Ba运行轨迹GydF4y2Ba和GydF4y2Ba外港GydF4y2Ba块。GydF4y2Ba

  2. 建模角速度和角。添加GydF4y2Ba积分GydF4y2Ba块。离开初始条件设置为GydF4y2Ba0GydF4y2Ba。该块的输出是角GydF4y2BaTHETAGydF4y2Ba且输入是角速度GydF4y2Batheta_dotGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  3. 从切向速度计算角速度。添加GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba与参数GydF4y2Ba1 /（2 * r）的GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  4. 连接块。GydF4y2Ba

  5. 查看该模型的顶层。点击GydF4y2Ba向上导航至父GydF4y2Ba按键GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

模型中的功效成分GydF4y2Ba

从函数到其输出的输入描述的功能。该描述可以包括代数方程和逻辑结构，其可用于构建系统在Simulink的图形模型。万博1manbetxGydF4y2Ba

坐标变换。GydF4y2Ba机器人的在X和Y坐标的速度，GydF4y2BaVGydF4y2BaXGydF4y2Ba和GydF4y2BaVGydF4y2BaÿGydF4y2Ba，是关系到线性速度GydF4y2BaVGydF4y2BañGydF4y2Ba和角度GydF4y2BaTHETAGydF4y2Ba：GydF4y2Ba

VGydF4y2Ba XGydF4y2Ba =GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ñGydF4y2Ba COSGydF4y2Ba （GydF4y2Ba θGydF4y2Ba ）GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ÿGydF4y2Ba =GydF4y2Ba VGydF4y2Ba ñGydF4y2Ba 罪GydF4y2Ba （GydF4y2Ba θGydF4y2Ba ）GydF4y2Ba

建立坐标变换模型：GydF4y2Ba

  1. 在的顶级GydF4y2Basystem_layoutGydF4y2Ba模型，双击坐标转换子系统，显示空子系统。GydF4y2Ba

  2. 模拟三角函数。添加GydF4y2Ba正余弦GydF4y2Ba从数学运算库块。GydF4y2Ba

  3. 型号乘法。添加两个GydF4y2Ba产品GydF4y2Ba从数学运算库中的块。GydF4y2Ba

  4. 连接块。GydF4y2Ba

  5. 查看该模型的顶层。点击GydF4y2Ba向上导航至父GydF4y2Ba按键GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

集模型参数GydF4y2Ba

一种用于模型参数值源可以是：GydF4y2Ba

  • 书面规格如标准属性表或制造商的数据表GydF4y2Ba

  • 在现有系统上直接测量GydF4y2Ba

  • 使用系统输入估计/输出GydF4y2Ba

该模型使用这些参数：GydF4y2Ba

参数GydF4y2Ba 符号GydF4y2Ba 值GydF4y2Ba
块GydF4y2Ba 米GydF4y2Ba 2.5公斤GydF4y2Ba
滚动阻力GydF4y2Ba k_dragGydF4y2Ba 为30nsGydF4y2Ba2GydF4y2Ba/米GydF4y2Ba
机器人半径GydF4y2Ba [RGydF4y2Ba 0.15米GydF4y2Ba

万博1manbetxSimulink中使用MATLABGydF4y2Ba®GydF4y2Ba工作区评估参数。设置在MATLAB命令窗口中的这些参数：GydF4y2Ba

米= 2.5;k_drag = 30;R = 0.15;GydF4y2Ba

验证组件使用模拟GydF4y2Ba

通过提供输入端和观察输出验证部件。即使是这样一个简单的验证可以指出直接的方式来改善模型。这个例子验证了这些行为：GydF4y2Ba

  • 当力被连续地施加到车轮，速度增加，直到其达到稳态速度。GydF4y2Ba

  • 当车轮转动方向相反，以恒定速率旋转角度增大。GydF4y2Ba

验证轮组件GydF4y2Ba

创建并运行对车轮组件的测试模式：GydF4y2Ba

  1. 创建一个新的模式。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba新GydF4y2Ba。右轮块复制到新的模式。GydF4y2Ba

  2. 创建一个测试输入。添加GydF4y2Ba步GydF4y2Ba从资源库中块，并将其连接到右轮块的输入。离开步骤时间参数集GydF4y2Ba1GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  3. 观众添加到输出。右键单击右轮块的输出端口并选择GydF4y2Ba创建和连接查看器>的Simulink>范围万博1manbetxGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  4. 运行模拟。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba跑GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

仿真结果表现出普遍预期的行为。没有运动，直到力在步骤时施加。当施加力时，速度开始增加，然后在恒定的沉降时所施加的力和曳力达到平衡。除了验证，该模拟还给出了车轮对于给定的力的最大速度信息。GydF4y2Ba

验证旋转组件GydF4y2Ba

创建并运行旋转模型测试模型：GydF4y2Ba

  1. 创建一个新的模式。请点击GydF4y2Ba和旋转块复制到新的模式。GydF4y2Ba

  2. 创建新模型测试输入。添加GydF4y2Ba步GydF4y2Ba从资源库块。离开步骤时间参数集GydF4y2Ba1GydF4y2Ba。它连接到旋转块的输入。此输入表示当车轮旋转方向相反的车轮速度的差。GydF4y2Ba

  3. 观众添加到输出。右键单击该转块的输出端口，并选择GydF4y2Ba创建和连接查看器>的Simulink>范围万博1manbetxGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  4. 运行模拟。在里面GydF4y2Ba模拟GydF4y2Ba选项卡，单击GydF4y2Ba跑GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

这个仿真结果表明，角度稳定地增加时，轮与在相反方向上以相同的速度转动。你可以做一些模式的改进，使其更容易解释的角度输出，例如：GydF4y2Ba

  • 您可以将输出转换成弧度度。添加GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba用的增益方框GydF4y2Ba180 / PIGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

  • 可以显示在360度周期输出度。添加GydF4y2Ba数学函数GydF4y2Ba与功能块GydF4y2BaMODGydF4y2Ba。GydF4y2Ba

MATLAB三角函数需要输入弧度。GydF4y2Ba

验证模型GydF4y2Ba

之后您验证各个组件，您可以在完整的模型进行了类似的验证。这个例子证实了以下行为：GydF4y2Ba

  • 当相同的力在相同的方向，在一行中的机器人移动施加到两个车轮。GydF4y2Ba

  • 当相同的力在相反方向上，以代替旋转机器人施加到两个车轮。GydF4y2Ba

  1. 在里面GydF4y2Basystem_layoutGydF4y2Ba模型，双击输入子系统，显示空子系统。GydF4y2Ba

  2. 通过将创建一个测试输入GydF4y2Ba步GydF4y2Ba块。离开步骤时间参数集GydF4y2Ba1GydF4y2Ba。其连接到GydF4y2Ba外港GydF4y2Ba块。GydF4y2Ba

  3. 在模型的顶层，两个输出信号连接到相同的范围观看者：GydF4y2Ba

  4. 运行模型。GydF4y2Ba

    在该图中，黄线为X方向和蓝线为Y方向。由于角度是零，并且不改变，则车辆移动仅在X方向上，如所预期。GydF4y2Ba

  5. 双击输入子系统，并添加GydF4y2Ba获得GydF4y2Ba与参数GydF4y2Ba-1GydF4y2Ba源极和所述第二输出端之间。这对于反转左车轮的方向。GydF4y2Ba

  6. 一个范围添加到角度输出。GydF4y2Ba

  7. 运行模型。GydF4y2Ba

    第一视图显示有在X-Y平面的运动。第二视图显示有稳定旋转。GydF4y2Ba

您可以使用这款最终型号通过改变输入回答关于模型的许多问题。一些例子是：GydF4y2Ba

  • 当初始角度不为零，会发生什么？GydF4y2Ba

  • 多久采取运动到停止时用力下降到零？GydF4y2Ba

  • 当机器人较重，会发生什么？GydF4y2Ba

  • 当在平滑的表面机器人移动会发生什么情况，即，当阻力系数是低？GydF4y2Ba

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基于模型的设计为嵌入式控制系统GydF4y2Ba

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