从系列:建模、仿真与控制
这个视频显示了一个工作流来寻找最佳的接触参数,可以模拟一个弹跳或碰撞球的真实行为。最初,Veer从一个视频文件跟踪一个弹跳球的真实轨迹。然后,他复制弹跳球模型使用Simscape多体.进一步,他使用参数估计来寻找接触参数空间接触力块。最后,他展示了如何通过将获得的接触参数值输入到中来创建一个定制的实际场景空间接触力块。
你可以在本视频中找到使用的示例模型MATLAB中央文件交换.
更多信息,您可以访问以下资源:
大家好。欢迎来到MATLAB和Simulink机器人万博1manbetx竞技场。在这段视频中,我们将讨论如何使用优化技术找到接触参数。我们将从定义问题陈述开始,然后转向针对已定义问题的方法,在这里我们将讨论测量的真实数据、创建模拟环境和优化接触参数。
接下来,我问你一个问题。这是一个模拟环境,由一个板、一个地板和一个基础办公室组成。当你模拟它的时候,我们可以有多个解,像这样,或者像这样。万博 尤文图斯如我们所见,当球与壁碰撞时,我们得到两条不同的轨迹。
这些轨迹,在与球或地板碰撞后,受某些参数控制。根据我们如何选择这些参数,球的轨迹将被定义。为了更好地理解这一点,让我们检查一下仿真环境的模型。请注意,我们将在视频的后面部分详细讨论建模。
这是模型的框图。为了模拟表面和球之间的接触,我们使用了一个特殊的接触块,这些是接触参数。同时,我们假设所有的块都有相同的接触参数。所以如果我们把模型分解成球和表面之间的接触,并找到接触参数——然后我们可以利用这些值来构建不同的场景。
我们就是这么做的。首先,我们做了一个实验来得到球的真实轨迹。然后我们尝试在模拟环境中复制相同的场景。此外,我们利用优化技术测量仿真轨迹到被测轨迹,以获得接触参数。
在了解了这种方法之后,让我们一步一步地检查用于满足我们需求的模型。这是第一个球轨迹跟踪的模型,我们使用计算机视觉技术来获取球的轨迹。这是模型的输入,它是录制视频的多媒体文件。
然后我们使用颜色阈值应用程序来执行阈值,并生成MATLAB函数。进一步,斑点分析块输出轨迹球的质心。最后,我们把像素转换成现实世界的坐标。请注意,我们假设x方向的变化是可以忽略的,因为与y方向的轨迹相比,它的大小更小。
所以当我们运行这个模拟时,我们看到这个球可以沿着轨迹运动,但同时,它缺失了一些帧。例如,当它与地面碰撞时。然而,为了执行接下来的步骤,我们需要更多实际的数据点。为此,我们准备了一个MATLAB脚本,其中从相机是将其与抛物运动方程进行比较,以比较实际数据。
所以现在我们可以看到我们有更好的数据来比较执行优化。在这种情况下,我们使用一个普通的网络摄像头来捕捉数据,这导致缺少帧。但是有了更好的传感器,你就可以得到更好的数据点,而像缩放数据这样的操作就可以避免了。现在,一旦我们准备好数据,就可以在模拟环境中复制场景了。
这就是用Simscape Multibody建立的模型,在这里我们可以看到平面和球体之间的特殊接触图。我们的目标是找到这些接触参数。此外,我们还包含了一个子系统来计算轨迹。当你通过输入一些随机的刚度和阻尼值来模拟时,我们看到模拟轨迹与实验轨迹不匹配。
因此,我们使用参数优化,它估计参数和状态的Simulink模型使用测量数据。万博1manbetx在这个模型中,我们添加了一个回调,将您带到参数估计的安全会话。这是参数估计的窗口,这些是我们想要估计的参数。要了解更多关于如何使用这个工具,请查看描述中的链接。
现在让我们运行这个估计。当我们在估计过程中估计参数时,Simulink设计优化会自动运行仿真,将仿真结果与实测数据进行比较万博1manbetx,检测参数对变化的敏感性,然后每次测试都重新运行仿真,使其更接近实测轨迹。同时,我们也可以看到估计参数的变化。
最后,我们可以看到成本函数的下降。经过一定的损耗后,优化收敛。最后,这些是获得的值,我们将使用创建不同的现实仿真环境。现在我们可以回答我们的问题了——这些模拟中哪个更真实?所以这是一个球和基地办公室之间的接触——球和墙——具有相同的接触属性的场景。
因此,我们使用了从优化模型中获得的相同值。这是最终的轨迹。现在我们可以看到这是正确的解。现在的问题是如何扩展这种方法。一种可能的情况是,球在楼梯上弹跳,其中一些台阶是由不同的材料制成的,这样球和不同类型表面之间的接触参数是不同的。
在这种情况下,您将需要对不同的表面进行一组单独的实验,并使用相同的方法找到接触参数方法.然后这些值可以进一步用于解决这个场景。在了解了模型和如何扩展该方法之后,让我们看看其中的关键要点。
我们可以说,选择正确的接触参数可以提供更现实的结果。现在,如果我们有准确的传感器数据结果,这将是更好的估计。然后——parameter estimation利用测量数据估计Simulink模型的参数和状态。万博1manbetx该方法为模拟更复杂的问题提供了一种解决方案。
向前移动到资源,我们还添加了一个分析答案估计接触参数在MATLAB中心。你可以在描述中找到这个的链接。如果你有任何疑问,这些都是可以联系我们的资源。你也可以加入我们的Facebook群,也可以查看教程视频。谢谢你!
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