奥地利大学学生使用Simulink和树莓派硬件进行快速控制原型

本课程的实验作业的最后部分是设计一个装载桥的控制系统，类似于那些用于将集装箱移动到船舶或飞机上的装货桥。当集装箱在由直流电机驱动的推车上移动时，控制器必须将集装箱(模型为倒立摆)的振荡最小化。

Dr.-Ing。迈耶需要一个经济的原型系统的介绍控制实验室。该系统需要具有足够的计算能力，便于学生学习和使用。

Van der Kamp使用Simulink和树莓派的Simulink支持包开发了一个快速控制原型系统，使学生能够在树莓派硬件上测试和改进他们的控制设计。

灵活的支持包系统允许van der Kamp快速添加模数和数模接口板，与直流电机和倒立摆传感器通信，包括测量推车和摆的位置的编码器。他为这些板编写了定制驱动程序，并将它们打包为C MEX s -function，以便在Simulink模型中使用。

在下载并安装了树莓派的Simulink支持包之后，van der Kamp用加载桥的Simulink控制器模型测试了设置。基于树莓派的快速控制原型在接下来的学期的课程中被使用。

参加课程的学生已经熟悉MATLAB和Simulink。奥斯特法利亚大学获得了校园许可证，使学生可以在校范围内使用MATLAB和Simulink软件，这些工具被广泛集成到电气工程课程中。

在Simulink中，学生基于微分方程建立了加载桥的植物模型。

然后他们开发了一个状态控制器模型，并在Simulink中运行闭环仿真，以检查他们设计的稳定性。他们将模拟接口驱动程序的C MEX s功能块集成到该模型中，以实现与工厂的通信。

使用Simulink外部模式，他们在树莓派硬件上运行了他们的控制器模型，步长约为1毫秒。在这种模式下，他们可以实时检查和可视化传感器信号，并在模型运行时调整控制器参数值。

在加载桥模型上测试控制器后，学生对从传感器捕获的数据进行后处理，并在MATLAB中为他们的实验报告生成图形。

Ostfalia计划将Simulink与树莓派快速控制原型系统的使用扩展到其他班级，包括一个学生将使用该系统开发磁悬浮控制器的班级。

• 实验室设置成本降低了数千欧元。van der Kamp说:“加载桥项目的控制器设计不是特别复杂，因此不需要商业硬件的所有处理能力和能力。”“Simulink和树莓派的Simulink支持包使我们能够为这个项目创建一个替代的原型实验室设置，节省了数千欧元的成本。”
• 支持交互式控制器调优和可视化。van der Kamp指出:“通过Simulink外部模式，学生可以实时观看在树莓派上运行的控制器的输入和输出数据，并动态调整控制器参数。”“这种程度的互动在以前是不可能的。”
• 学生可以在实验室之外完成工作。van der Kamp说:“有了校园范围许可证，我们的学生不仅可以在实验室使用MATLAB和Simulink，而且可以在家里或校园的任何地方使用自己的笔记本电脑。”这种灵活性增加了他们完成课程项目的动力。”