仿真软件是一个图形化建模环境动态系统——即,系统随时间变化的。仿真软件的仿真,这样你就可以专注于工程。你可以用它来模型简单的东西,例如家庭恒温器;或复杂系统(如全自动车辆或外科手术机器人。
这个视频将向您展示仿真软件的基本知识,并给你一个想法在仿真软件是什么样子。请继续关注到最后找出去了解更多关于如何使用仿真软件。让我们开始吧!
在纳蒂克MathWorks总部,马萨诸塞州,有很多太阳能电池板发电。
这些电池板朝南,是固定的。这意味着他们产生更多的电力,当阳光灿烂直接在他们中间的一天,和更少的力量当太阳是东方或西方,早期和晚期。
如果你有太阳能电池板旋转跟踪太阳,这样可以产生尽可能多的电力?
在这个视频中,我们将使用仿真软件设计一个跟踪系统保持太阳能电池板与太阳。如果你想跟随我们构建模型,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。我们将模型,然后我们将添加一个控制器来跟踪太阳的位置。
一旦我们满意的设计,我们将测试它,看看它如何跟踪太阳实际数据。
物理系统有两个主要组件。有一些基本的物理知识,我们可以写出运动方程。让我们先模型的面板。
你开始仿真软件通过单击在MATLAB仿真软件按钮将来发布。这将打开开始页面,您可以创建新的模型,找到例子,甚至找到基本的培训。
我们从头开始我们的模型,我们会选择空白模型。
从模块和信号仿真软件模型建立。打开库浏览器查看所有可用的块。的方程模型面板中,我们将从积分器的块。
让我们单击并拖动一个积分器从图书馆到我们的模型。
那么,为什么一个积分器块呢?积分器的块需要输入和整合。如果我们集成加速度,我们得到的速度。如果我们整合速度,我们得到的位置。这是建模的基础微分方程模型。
方程的加速度和速度的条件,所以我们需要至少一个积分器。让我们也添加另一个得到这个职位。
我们一起连接块与块之间的信号通过点击和拖动。不要担心这些红线,我们会在第二个连接起来。
这是一个好主意标签信号保持组织,所以我们双击信号和输入一个名称。我们的名字这个theta_dot_dot加速度,然后theta_dot速度,θ为面板的位置。
接下来,让我们的模型方程右边。首先,转矩。
让我们使用一个常数。以后我们会替换这个马达。
您可以双击一个街区——让改变其参数的值更改为10。
我们需要执行减法,我们也抓住一块减去。
阻尼项取决于板的速度——theta_dot信号。我们可以通过右键单击和拖动连接分支这个信号减去块。
别忘了我们还需要乘以Kd。让我们用一个获得块。
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。假设获得Kd。那个红色的盒子告诉我们,Kd尚未定义。所以点击三个点并选择创建。我们会给它5的值并将其存储在MATLAB的基本工作空间。让我们检查MATLAB,是的,已经创建了变量Kd。
完成,我们需要除以惯性,j .我们会与另一个获得阻止这样做。
但现在我们知道物体的名称,我们可以双击模型并开始输入块的名称。然后,使用下拉找到合适的块和回车。
我们将设置增益为1 / J,再一次,我们在基地工作空间中定义变量J值为8.6。
让我们添加一个注释显示方程建模,所以当我们回到它之后,我们就很容易知道什么是方程。
那应该是我们需要的面板模型。但检查如果一切工作正常,我们将想想象一些信号。仿真软件有一些可视化工具。快速检查的一个信号,简单的选择是使用一个范围块……并将其连接到信号我们想视图。
让我们添加第二个范围的速度信号。
现在我们准备模拟模型。我们可以设置模拟停止时间的模拟选项卡- - - - -但是,我们现在把它10。
仿真运行,点击run按钮。仿真完成但你没有看到的是,模型数值求解微分方程。
双击一个范围检查发生了什么事。
在位置范围内,我们看到了面板的角位置增加。
速度范围,速度从0开始,水平。
所以恒转矩,小组开始然后解决旋转固定利率。这是有意义的。
让我们做一个快速的检查,看看会发生什么,如果我们开关的符号扭矩。我们可以直接编辑恒定值块!
重新运行…和…看起来不错——我们看到现在的面板旋转相反的方向。
现在我们有了面板模型工作,让我们一起组那些块,保持东西整齐。选择您想要包含的模块————我们将离开恒块作用域现在——然后点击创建子系统的建模选项卡。
现在所有的块都包含在这个子系统。我们小组的名字。
您可以双击子系统的内容。这些港口和外港椭圆形的块————数据进出的子系统。让我们调整港口名称。
返回到顶级…还有我们进入港口名称。
好的,我们仍然需要一个电动机。还记得运动方程吗?嗯,我们可以按照相同的过程模型。
和. .我们有我们的汽车!
我们会提供一个电压电机产生转矩和移动面板。让我们检查发生了什么。我们可以看到面板旋转电机的电压,所以一切看起来不错!
好的我们建模面板和电动机。现在我们需要一个控制器设置正确的电压,这样小组跟踪太阳。
从我们的模型,我们知道面板指向。和,假设太阳在这里。
我们希望该小组指着太阳,那么这两个角的区别是错误。我们将添加一个控制器电压适用于运动误差尽可能小。
如果太阳移动,控制器就会做出相应的反应保持面板指向太阳。
好了,回到我们的仿真软件模型!
我们这里有面板的位置。错误,我们需要太阳的位置。当我们设计控制器时,我们将使用一个单位阶跃输入————控制设计中很常见。我们会测试它与一些实际的太阳位置数据。
现在计算错误。我们将使用和块- - -已经有一个漂亮的圆形共同控制示意图。我们只需要改变而不是+第二个端口。
接下来,我们需要一个控制器。有很多选择,但一个共同的方法是某种形式的PID控制————代表比例积分/微分,因为控制输出一些错误的函数,综合误差,误差的导数。但我们不需要建立自己,我们只要添加一个PID控制器。
我们连接误差信号的输入和输出将驱动电机。
你可以看到有很多定制控制器的方法。我们将切换到一个比例积分控制器——D项有助于应对快速变化,我们不需要因为太阳移动不断划过天空。
有两种收益调整:一个用于比例项和一个积分项。这些影响控制器的响应。我们将比例增益设置为240,获得180积分。
看看控制器执行,让我们使用相同的范围显示太阳位置和面板的位置。注意到一个新的端口是自动添加的。
让我们运行模型…和添加一个传奇我们可以分辨的信号范围。让我们也使位置线破灭。
我们可以看到,控制器调整过度,然后解决的参考价值1。为应用程序的足够好。
好的,我们设计了控制器。但是,它真的能跟踪太阳的运动吗?让我们看看它执行当我们为其提供一些真实的数据。
让我们一些太阳位置的数据加载到MATLAB基础工作空间。这个文件有两个变量:一个向量时间长达15小时,太阳一个向量在每个时间点的位置。
情节吧。
你可以看到太阳升起在东北约60度由于北部和集在西北约300度。
我们可以把太阳位置数据到模型代替步块尺寸。
我们需要选择使用哪个数据。点击模型设置的建模选项卡。然后导航到数据导入/导出窗格。
在这里有很多设置——如果你知道什么,只是右击并选择“这是什么”。我们需要这个输入选项。
当指定输入数据,第一列应该是时间。之后,您可以添加一个列向量为每个尺寸在你的模型。
因为我们现在有15个小时的数据,我们将改变仿真停止时间。
让我们运行模型,我们可以看到其跟踪太阳的位置很好。
我们…我们的太阳能电池板系统建模,开发了一个控制器,和测试系统,以确保它将跟踪太阳的运动。,它看起来像我们的设计作品!
但这只是一个开始。如果我们想使这些电池板现实,我们可以适当的设计规格合并到我们的模型。
我们可以引进其他工具如Simscape模型的机电系统,无需获得任何方程!Stateflow,我们可以添加逻辑使电池板聪明,所以他们自旋回东在一天结束的时候,如果条件改变,他们知道该做什么。
当我们准备好了,我们可以直接从模型自动生成代码并将其部署到硬件。
每一步,我们可以不断的测试设计,确保无误,会议规范。
与模型中心的设计过程中,我们可以解决各种各样的设计问题。你也可以。
现在您已经在仿真软件是什么样子的感觉,它的时间去学习它。学习仿真软件的最好方法是使用它。因此,启动仿真软件斜坡弯道,教你交互仿真软件的基础知识。它是免费的,只需要几个小时。
欢迎来到仿真软件。
