erin byrne,mathworks
开始使用simulink万博1manbetx®通过走过一个例子。此视频向您展示了使用Simulink的基础知识。万博1manbetx
您将学习如何建模、模拟和测试太阳能电池板的控制器,因为它可以跟踪太阳全天的运动。您将看到如何对物理系统建模,为该系统设计基本PI控制器,然后运行仿真以确保模型正常工作。
通过本示例,您将了解Simulink如何只是用于建模、模拟、测试和实现真实系统的基于模型的设计的一部万博1manbetx分。
万博1manbetxSimulink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。万博1manbetxSimulink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中工作万博1manbetx的情况。请继续关注结尾,了解到哪里可以了解有关如何使用Simulink的更多信息。让我们开始吧!
在马萨诸塞州纳蒂克市的MathWorks总部,有许多太阳能电池板用于发电。
这些面板朝南,并固定到位。这意味着当太阳在一天中直接照射到太阳上时,它们会产生更多的电力,而太阳在东或西的时候,一天中的早晚都会产生更少的电力。
如果你有太阳能电池板,它可以旋转来跟踪太阳,这样你就可以产生尽可能多的电能?
在本视频中,我们将使用Simulink设计一个跟踪万博1manbetx系统,以保持太阳能电池板与太阳对齐。如果您希望在我们构建模型时跟进,您可以使用下面的链接下载它。
物理系统由一个面板和一个电机组成。我们将首先对它们进行建模,然后添加一个控制器来跟踪太阳的位置。
一旦我们对设计满意,我们将测试它,看看它跟踪实际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万博1manbetx toolstrip中的Simulink按钮启动Simulink。这将打开起始页,您可以在其中创建新模型、查找示例,甚至查找基本培训。
我们从头开始启动模型,所以我们将选择空白模型。
万博1manbetxSimulink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。
让我们从库中单击并拖动一个积分器到我们的模型中。
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。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。让我们再加一个来获得这个职位。
我们通过在块之间单击并拖动来将块与信号连接在一起。不要担心这些红线,我们会在一秒钟内将它们连接起来。
给信号贴上标签是个好主意,这样我们就可以双击这些信号并输入一个名称。让我们把它命名为θ,θ表示加速度,θ表示速度,θ表示面板的位置。
接下来,让我们对方程的右侧进行建模。首先,扭矩项。
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其参数——让我们将该值更改为10。
我们需要执行减法,所以让我们也抓取一个减法块。
阻尼项取决于面板的速度——θ点信号。我们可以通过右键单击并拖动将其连接到减法块来分支此信号。
别忘了我们还需要乘以Kd,我们用一个增益块。
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。
为了完成这个方程,我们需要除以惯性J。我们将用另一个增益块来做。
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。
我们将增益设置为1/J,再次,让我们在基本工作区中定义值为8.6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。
这应该是我们为小组建模所需要的全部。但为了检查是否一切正常,我们需要可视化一些信号。Simulink有一系列可视化工具。对于信号的快速检查,简单的选择是使用范围块。。。并将其连接到我们想要查看的信号。万博1manbetx
让我们添加第二个范围来查看速度信号。
好了,现在我们准备好模拟模型了。我们可以在“模拟”选项卡中设置模拟停止时间——但是,我们现在将其保留为10。
要运行模拟,只需单击“运行”按钮。模拟完成了,但是你没有看到Simulink数值求解了微分方程。万博1manbetx
双击作用域以查看发生了什么。
在位置范围内,我们看到面板的角度位置增加。
在“速度”范围内,速度从零开始并逐渐变平。
所以在恒定的扭矩下,面板开始转动,然后以固定的速率旋转。这是有道理的。
让我们做一个快速的健康检查,看看如果我们切换扭矩符号会发生什么。我们可以直接在块上编辑常量值!
重新运行……看起来不错——我们看到面板现在朝相反方向旋转。
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。让我们把它命名为Panel。
您可以双击查看子系统内容。这些椭圆形块是输入和输出端口——这是进出子系统的数据。让我们调整端口名称。
好的,我们还需要一个马达。还记得那个马达方程吗?我们可以按照完全相同的过程来建模。
和。。我们有马达了!
我们将为电机提供电压,以产生扭矩并移动面板。让我们看看发生了什么。我们可以看到,当一个电压被施加到电机上时,面板会旋转,所以到目前为止一切看起来都很好!
好的,我们已经对面板和电机进行了建模。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万博1manbetx模型!
这里有面板的位置。为了得到误差,我们需要太阳的位置。在设计控制器时,我们将使用单位步长输入——这在控制设计中非常常见。稍后我们将用一些实际的太阳位置数据对其进行测试。
现在来计算误差。我们将使用一个求和块——它已经有了控制原理图中常见的漂亮的圆形。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。
我们将输入连接到错误信号,输出将驱动电机。
您可以看到有很多方法可以自定义控制器。我们将切换到PI控制器——D项有助于对快速变化做出响应,我们不需要这种变化,因为太阳在天空中稳定地移动。
有两个增益需要调整:一个用于比例项,另一个用于积分项。这些会影响控制器的响应。我们将比例增益设置为240,积分增益设置为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…并在示波器上添加图例,以便区分信号。让我们也将位置线设为虚线。
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,它真的能跟踪太阳的运动吗?好吧,让我们看看当我们提供一些真实的数据时,它的性能如何。
让我们将一些太阳位置数据加载到MATLAB base workspace中。该文件有两个变量:一个是15小时的时间向量,另一个是每个时间点的太阳位置向量。
让我们绘制它。
你可以看到,太阳从东北方向从正北方向约60度升起,在西北方向约300度落下。
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——如果你对任何事情都不确定,只需右键单击并选择“这是什么”。这个输入选项就是我们需要的。
指定输入数据时,第一列应始终为时间。之后,可以为模型中的每个输入端口添加列向量。
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。
让我们运行这个模型,我们可以很好地看到它跟踪太阳的位置。
所以…我们模拟了我们的太阳能电池板系统,开发了一个控制器,并对系统进行了测试,以确保它能够跟踪太阳的运动。而且,看起来我们的设计工作正常!
但这只是开始。如果我们想使这些面板成为现实,我们可以将适当的设计规格纳入我们的模型中。
我们可以引入其他工具,如Simscape来模拟机械和电气系统,而无需推导任何方程!有了Stateflow,我们可以添加逻辑使面板变得智能,这样它们在一天结束时就会向东旋转,并且知道如果情况发生变化该怎么办。
然后,当我们准备好时,我们可以自动从模型生成代码,并将其直接部署到硬件。
在设计过程中的每一步,我们都可以不断测试设计,以确保其无错误且符合规范。
模型是我们设计过程的中心,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。万博1manbetx学习Simulink的最佳方法是使用它。万博1manbetx因此,启动Simulink万博1manbetx 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。
欢迎来到Simulin万博1manbetxk。
您还可以从以下列表中选择网站:
选择中国网站(以中文或英文)以获取最佳网站性能。其他MathWorks国家网站未优化您的位置。