Проектирование и анализ систем управления

Simulink

Simulink – это интерактивная система для анализа линейных и нелинейных динамических систем. Это графическая система настроенная на использование “мыши”. Она позволяет вам моделировать систему простым перетаскиванием блоков в рабочую область и последующей установкой их параметров. Simulink может работать с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

Описание библиотек

• Sources - Источники сигналов
• Sinks – Средства отображения
• Discrete – Дискретные элементы
• Linear - Линейные элементы
• Nonlinear – Нелинейные элементы
• Connections – Соединители
• Дополнительные блоки
• Пример

 

Источники сигналов

В данной библиотеке содержатся блоки, способные генерировать следующие сигналы:

• Постоянный сигнал
• Ступенчатая функция
• Линейно-возрастающая
• Синусоидальная волна
• Последовательность импульсов
• Синусоида с увеличивающейся частотой
• Часы
• Чтение из файла матрицы (источник сигнала), содержащей в 1^й строке отсчеты времени
• Случайное воздействие с равномерным законом распределения
• Сигнал типа “белый шум ” для непрерывных систем
• Случайное воздействие с нормальным законом распределения

 

Средства отображения

В этой библиотеке содержатся следующие блоки:

• Средство графического отображения сигналов
• Средство графического отображения сигналов, где на первый вход подаются отсчеты времени, а на второй значения данных
• Средство показа сигналов в цифровом виде
• Вывод сигналов в виде матрицы в файл. В первой строке матрицы содержатся отсчеты времени
• Вывод сигналов в заданную матрицу в MatLab, в каждом следующем столбце находится следующая итерация
• Прекращение симуляции при появлении на входе данного элемента ненулевого значения сигнала.

 

Дискретные модели

При описании дискретных моделей используются узлы и блоки, которые соответствуют блокам для описания непрерывных систем.

 

Линейные модели

При описании линейных моделей систем вы можете использовать следующие блоки:

• Усилитель;
• Умножитель;
• Сумматор;
• Матричный усилитель;
• Производная;
• Интегратор;
• Усилитель с изменяемым (в процессе работы) значением.

Звенья могут задаваться как нулями и полюсами, так и коэффициентами при соответствующих степенях дробно-рационального выражения.

 

Нелинейные элементы

 

Соединители

Здесь содержатся такие узлы:

• ввод/вывод в порт,
• мультиплексор,
• демультиплексор,
• пересылка, прием, изменение и запись получаемой информации,
• передача, хранение данных,
• построение подсистем,
• задание качества подсистем,
• переключатель входов, ограничитель уровня сигнала,
• блок задания сигнала.

 

Дополнительные блоки

При двойном нажатии левой клавиши “мыши” на данном элементе вы получаете доступ к дополнительным блокам если они установлены.

В стандартную установку входит блок:

Этот блок включает в себя еще шесть блоков.

Additional Sinks – дополнительные средства визуализации сигналов при помощи которых можно исследовать спектральный состав сигнала или построить график функции корреляции двух сигналов.

Additional Discrete – здесь содержатся допонительные блоки для исследования дискретных систем. Эти блоки являются аналогами стандартных блоков с тем исключением, что для каждого из этих блоков можно задать начальные условия.

Additional Linear – содержащиеся здесь блоки являются аналогами стандартных блоков с тем исключением, что для каждого из этих блоков можно задать начальные условия, также здесь имеется ПИД - регулятор.

Transformations – в эту группу входят блоки, производящие перевод из одной системы координат в другую, а также блоки преобразований температур в различных исчислениях.

Flip Flops – содержащиеся здесь блоки имитируют работу различных триггеров (RS, D, JK). Также здесь имеется блок подачи тактовых импульсов.

Linearization – содержащийся здесь один блок выполняет либо взятие производной входного сигнала либо его линеаризацию.

Пример

Пример построения модели с нелинейным элементом в цепи обратной связи и исследование устойчивости ситемы.

Для построения фазового портрета для данной модели используются узел дифференцирования (du/dt) и узел отображения информации по двум координатам (XY Graph).

При этом получаем следующий фазовый портрет:

Таким образом, из анализа графика можно сделать вывод, что эта система является устойчивой.

 

 

Simulink Control Design ™ позволяет проектировать и анализировать системы управления моделируется в Simulink ®. Вы можете автоматически настроить завоевания ПИД-регуляторы для удовлетворения требований к производительности. С помощью этого продукта вы также можете найти nonintrusively рабочие точки и вычислить точноелинеаризации моделей Simulink в различных условиях эксплуатации. Simulink Control Design предоставляет инструменты для вычислений на основе моделирования частотных без изменения модели. Графический интерфейс пользователя (GUI) позволяет проектировать и анализировать произвольные структуры управления моделируется в Simulink, такие как каскадные, фильтр предварительной очистки, регулирования и многопетлевых архитектуры.

 

 

Simscape

Описание

 

Simscape – расширяющий возможности Simulink продукт для моделирования физических объектов с использованием различных технологий: электронной, механической, гидравлической и других. Simscape содержит библиотеку основных блоков для моделирования компонентов в каждой из этих технологий, служит основой дляSimMechanics, SimDriveline, SimHydraulics, SimElectronics и SimPowerSystems, а также предоставляет возможность текстового моделирования компонентов используя язык программирования Simscape, основанный на языке MATLAB.

 

SimMechanics

Описание

SimMechanics - это библиотека Simulink для физического моделирования механических систем. Позволяет создавать модели механических объектов и совместно с другими пакетами MathWorks разрабатывать реальные прототипы систем управления. Возможности библиотеки обеспечивают моделирование механических систем с использованием модели абсолютно твердого тела, моделирование различных соединений и ограничений, моделирование линейных и угловых движений заданных уравнениями сил и моментов, моделирование систем с помощью ненаправленных сигнальных графов. Пакет позволяет задавать координаты, массы и моменты инерции тел, виды их соединений, число степеней свободы и моделировать динамику полученной конфигурации в трех измерениях.

 

 

SimElectronics

Описание

SimElectronics – это библиотека Simulink для моделирования и имитации электронных и электромеханических систем. Пакет расширения SimElectronics позволяет добавлять внутрь моделей аналоговые электронные и электромеханические компоненты, создавать новые подсистемы с помощью структурных блоков полупроводниковых компонент, приводов, движителей, двигателей и датчиков. SimElectronics может использоваться в автомобильной, аэрокосмической областях, промышленной автоматизации, связи и обработки сигналов.

 

 

SimHydraulics

Описание

SimHydraulics - это библиотека Simulink для физического моделирования гидравлических систем. Пакет расширяет среду имитационного моделирования MATLAB и Simulink, позволяя строить модели сложных гибридных гидромеханических, электромеханических объектов и систем управления для них. SimHydraulics применяется в машиностроении, аэрокосмической, оборонной и автомобильной отрасли для моделирования таких объектов как: трансмиссии и гидроусилители, исполнительные механизмы управляющих плоскостей самолетов и гидромеханические привода тяжелой техники.

 

 

SimPowerSystems

Описание

SimPowerSystems расширяет Simulink инструментами для моделирования электросиловых систем генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Содержит готовые модели многих компонентов, используемых в трансформаторах, двигателях и библиотеки специфичных моделей, таких как гибкие системы передачи переменного тока (FACTS) и ветровые генераторы. Гармонический анализ, расчет коэффициента нелинейных искажений (КНИ) и другие ключевые расчеты энергосистемы автоматизированы. Модели SimPowerSystems могут быть дискретизированы для повышения скорости симуляции. SimPowerSystems позволяет разрабатывать сложные автономные энергетические системы, используемые на заводах, в автомобилях, самолетах и т.д. Совместно с другими продуктами MathWorks для физического моделирования, библиотека SimPowerSystems позволяет строить модели сложных гибридных объектов с механическими и гидравлическими подсистемами, а также проектировать для них интегрированные цифровые системы управления. Блоки и методы расчета этой библиотеки были разработаны ведущей энергетической компанией Hydro-Qué bec of Montreal.

 

 

MATLAB

· MATLAB

· Parallel Computing Toolbox

· MATLAB Distributed Computing Server

Математика и оптимизация

· Optimization Toolbox

· Symbolic Math Toolbox

· Partial Differential Equation Toolbox

· Global Optimization Toolbox

Статистика и анализ данных

· Statistics Toolbox

· Neural Network Toolbox

· Curve Fitting Toolbox

· Model-Based Calibration Toolbox

Обработка сигналов и связь

· Signal Processing Toolbox

· Communications System Toolbox

· DSP System Toolbox

· Wavelet Toolbox

· Fixed-Point Toolbox

· RF Toolbox

· Phased Array System Toolbox

Тесты и измерения

· Data Acquisition Toolbox

· Instrument Control Toolbox

· Image Acquisition Toolbox

· SystemTest

· OPC Toolbox

· Vehicle Network Toolbox

Вычислительная биология

· Bioinformatics Toolbox

· SimBiology

Финансовые вычисления

· Financial Toolbox

· Datafeed Toolbox

· Financial Instruments Toolbox

· Econometrics Toolbox

Разработка приложений

· MATLAB Compiler

· Spreadsheet Link EX

· MATLAB Builder EX (for Microsoft Excel)

· MATLAB Builder JA (for Java language)

· MATLAB Builder NE

· MATLAB Production Server

SIMULINK

· Simulink

· Simulink Report Generator

Событийное моделирование

· Stateflow

· SimEvents

Физическое моделирование

· Simscape

· SimMechanics

· SimPowerSystems

· SimDriveline

· SimHydraulics

· SimElectronics

· Thermolib

Графическое моделирование

· Simulink 3D Animation

· Gauges Blockset

Обработка сигналов и связь

· Communications System Toolbox

· DSP System Toolbox

· SimRF

· Computer Vision System Toolbox

О FlightGear интерфейс

FlightGear интерфейс симулятор полета вместе с продуктом Toolbox аэрокосмической представляет собой однонаправленный канал передачи с помощью программного обеспечения MATLAB для FlightGear. Он использует опубликованные FlightGear в net_fdm двоичный протокол обмена данными. Данные передаются с помощью UDP пакетов в сети работающий экземпляр FlightGear. Инструментарий поддерживает несколько стандартных дистрибутивов двоичный FlightGear. Для интерфейса подробно см. Flight Simulator интерфейса Пример следующем.

FlightGear является отдельным юридическим лицом программное обеспечение, которое не создано, принадлежащих, или поддерживается MathWorks.

· Чтобы сообщить ошибки в запросе или улучшения в интерфейсе аэрокосмического Toolbox FlightGear, свяжитесь MathWorks технической поддержки на http: //www.mathworks.com/support/.

· Чтобы сообщить ошибки или запрос усовершенствования FlightGear себя, пойти вwww.flightgear.org и использовать контактную страницу.

Графика Рекомендации для Microsoft Windows

Для Windows ® пользователей, это изделие рекомендуется использовать следующие рекомендации графику:

· Видеокарта с хорошей производительностью OpenGL.

· Последний проверенный и стабильный релиз драйвера для вашей видеокарты. Проверьте водитель тщательно на нескольких компьютерах перед развертыванием в другие.

Для Microsoft ® Windows-систем, работающих на XP x86 (32-разрядная) или AMD-64/EM64T архитектуры чипа, графическая карта работает в незащищенном пространстве ядра, известного как Ring Zero. Проблемы в драйвере может вызвать операционная система, чтобы заблокировать или аварии. Перед покупкой большого количества компьютеров для 3-D приложений, с поставщиком, тестирование одного или двух компьютеров, чтобы найти комбинацию аппаратных средств, операционной системы, драйверов и настройки, которые являются стабильными для ваших приложений.

Данные траектории полета

Создание Run Script

Для начала FlightGear с начальными условиями (место, дата, время, погода, режимы работы), что вы хотите, то лучше создайте выполнения сценария с помощью GenerateRunScript команду:

GenerateRunScript (ч)

По умолчанию, GenerateRunScript сохраняет выполнения сценария в виде текстового файла с именем runfg.bat. Вы можете указать другое имя, изменив OutputFileName свойство объекта FlightGearAnimation, как описано в предыдущем шаге.

Этот файл не должен быть сгенерирован каждый раз, когда данные рассматриваются только тогда, когда начальные условия или FlightGear изменения информации.

Теперь вы готовы, чтобы начать FlightGear (см. Запуск FlightGear тренажер ).

Запуск FlightGear тренажер

Для начала FlightGear из командной строки MATLAB используется система команд для выполнения выполнения скрипта. Укажите имя выходного файла, созданного GenerateRunScript в качестве аргумента:

Система (" runfg.bat & ');

FlightGear начинается в отдельном окне.

Совет С FlightGear окно в фокусе, нажмите V ключ для переключения между различными режимами самолетов: кабина, вертолет, погоня, и так далее.

Теперь вы готовы для воспроизведения данных (см. Воспроизведение траектории полета ).

Simulink

Simulink – это интерактивная система для анализа линейных и нелинейных динамических систем. Это графическая система настроенная на использование “мыши”. Она позволяет вам моделировать систему простым перетаскиванием блоков в рабочую область и последующей установкой их параметров. Simulink может работать с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

Описание библиотек

• Sources - Источники сигналов
• Sinks – Средства отображения
• Discrete – Дискретные элементы
• Linear - Линейные элементы
• Nonlinear – Нелинейные элементы
• Connections – Соединители
• Дополнительные блоки
• Пример

 

Источники сигналов

В данной библиотеке содержатся блоки, способные генерировать следующие сигналы:

• Постоянный сигнал
• Ступенчатая функция
• Линейно-возрастающая
• Синусоидальная волна
• Последовательность импульсов
• Синусоида с увеличивающейся частотой
• Часы
• Чтение из файла матрицы (источник сигнала), содержащей в 1^й строке отсчеты времени
• Случайное воздействие с равномерным законом распределения
• Сигнал типа “белый шум ” для непрерывных систем
• Случайное воздействие с нормальным законом распределения

 

Средства отображения

В этой библиотеке содержатся следующие блоки:

• Средство графического отображения сигналов
• Средство графического отображения сигналов, где на первый вход подаются отсчеты времени, а на второй значения данных
• Средство показа сигналов в цифровом виде
• Вывод сигналов в виде матрицы в файл. В первой строке матрицы содержатся отсчеты времени
• Вывод сигналов в заданную матрицу в MatLab, в каждом следующем столбце находится следующая итерация
• Прекращение симуляции при появлении на входе данного элемента ненулевого значения сигнала.

 

Дискретные модели

При описании дискретных моделей используются узлы и блоки, которые соответствуют блокам для описания непрерывных систем.

 

Линейные модели

При описании линейных моделей систем вы можете использовать следующие блоки:

• Усилитель;
• Умножитель;
• Сумматор;
• Матричный усилитель;
• Производная;
• Интегратор;
• Усилитель с изменяемым (в процессе работы) значением.

Звенья могут задаваться как нулями и полюсами, так и коэффициентами при соответствующих степенях дробно-рационального выражения.

 

Нелинейные элементы

 

Соединители

Здесь содержатся такие узлы:

• ввод/вывод в порт,
• мультиплексор,
• демультиплексор,
• пересылка, прием, изменение и запись получаемой информации,
• передача, хранение данных,
• построение подсистем,
• задание качества подсистем,
• переключатель входов, ограничитель уровня сигнала,
• блок задания сигнала.

 

Дополнительные блоки

При двойном нажатии левой клавиши “мыши” на данном элементе вы получаете доступ к дополнительным блокам если они установлены.

В стандартную установку входит блок:

Этот блок включает в себя еще шесть блоков.

Additional Sinks – дополнительные средства визуализации сигналов при помощи которых можно исследовать спектральный состав сигнала или построить график функции корреляции двух сигналов.

Additional Discrete – здесь содержатся допонительные блоки для исследования дискретных систем. Эти блоки являются аналогами стандартных блоков с тем исключением, что для каждого из этих блоков можно задать начальные условия.

Additional Linear – содержащиеся здесь блоки являются аналогами стандартных блоков с тем исключением, что для каждого из этих блоков можно задать начальные условия, также здесь имеется ПИД - регулятор.

Transformations – в эту группу входят блоки, производящие перевод из одной системы координат в другую, а также блоки преобразований температур в различных исчислениях.

Flip Flops – содержащиеся здесь блоки имитируют работу различных триггеров (RS, D, JK). Также здесь имеется блок подачи тактовых импульсов.

Linearization – содержащийся здесь один блок выполняет либо взятие производной входного сигнала либо его линеаризацию.

Пример

Пример построения модели с нелинейным элементом в цепи обратной связи и исследование устойчивости ситемы.

Для построения фазового портрета для данной модели используются узел дифференцирования (du/dt) и узел отображения информации по двум координатам (XY Graph).

При этом получаем следующий фазовый портрет:

Таким образом, из анализа графика можно сделать вывод, что эта система является устойчивой.

 

 

Simulink Control Design ™ позволяет проектировать и анализировать системы управления моделируется в Simulink ®. Вы можете автоматически настроить завоевания ПИД-регуляторы для удовлетворения требований к производительности. С помощью этого продукта вы также можете найти nonintrusively рабочие точки и вычислить точноелинеаризации моделей Simulink в различных условиях эксплуатации. Simulink Control Design предоставляет инструменты для вычислений на основе моделирования частотных без изменения модели. Графический интерфейс пользователя (GUI) позволяет проектировать и анализировать произвольные структуры управления моделируется в Simulink, такие как каскадные, фильтр предварительной очистки, регулирования и многопетлевых архитектуры.

 

 

Simscape

Описание

 

Simscape – расширяющий возможности Simulink продукт для моделирования физических объектов с использованием различных технологий: электронной, механической, гидравлической и других. Simscape содержит библиотеку основных блоков для моделирования компонентов в каждой из этих технологий, служит основой дляSimMechanics, SimDriveline, SimHydraulics, SimElectronics и SimPowerSystems, а также предоставляет возможность текстового моделирования компонентов используя язык программирования Simscape, основанный на языке MATLAB.

 

SimMechanics

Описание

SimMechanics - это библиотека Simulink для физического моделирования механических систем. Позволяет создавать модели механических объектов и совместно с другими пакетами MathWorks разрабатывать реальные прототипы систем управления. Возможности библиотеки обеспечивают моделирование механических систем с использованием модели абсолютно твердого тела, моделирование различных соединений и ограничений, моделирование линейных и угловых движений заданных уравнениями сил и моментов, моделирование систем с помощью ненаправленных сигнальных графов. Пакет позволяет задавать координаты, массы и моменты инерции тел, виды их соединений, число степеней свободы и моделировать динамику полученной конфигурации в трех измерениях.

 

 

SimElectronics

Описание

SimElectronics – это библиотека Simulink для моделирования и имитации электронных и электромеханических систем. Пакет расширения SimElectronics позволяет добавлять внутрь моделей аналоговые электронные и электромеханические компоненты, создавать новые подсистемы с помощью структурных блоков полупроводниковых компонент, приводов, движителей, двигателей и датчиков. SimElectronics может использоваться в автомобильной, аэрокосмической областях, промышленной автоматизации, связи и обработки сигналов.

 

 

SimHydraulics

Описание

SimHydraulics - это библиотека Simulink для физического моделирования гидравлических систем. Пакет расширяет среду имитационного моделирования MATLAB и Simulink, позволяя строить модели сложных гибридных гидромеханических, электромеханических объектов и систем управления для них. SimHydraulics применяется в машиностроении, аэрокосмической, оборонной и автомобильной отрасли для моделирования таких объектов как: трансмиссии и гидроусилители, исполнительные механизмы управляющих плоскостей самолетов и гидромеханические привода тяжелой техники.

 

 

SimPowerSystems

Описание

SimPowerSystems расширяет Simulink инструментами для моделирования электросиловых систем генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Содержит готовые модели многих компонентов, используемых в трансформаторах, двигателях и библиотеки специфичных моделей, таких как гибкие системы передачи переменного тока (FACTS) и ветровые генераторы. Гармонический анализ, расчет коэффициента нелинейных искажений (КНИ) и другие ключевые расчеты энергосистемы автоматизированы. Модели SimPowerSystems могут быть дискретизированы для повышения скорости симуляции. SimPowerSystems позволяет разрабатывать сложные автономные энергетические системы, используемые на заводах, в автомобилях, самолетах и т.д. Совместно с другими продуктами MathWorks для физического моделирования, библиотека SimPowerSystems позволяет строить модели сложных гибридных объектов с механическими и гидравлическими подсистемами, а также проектировать для них интегрированные цифровые системы управления. Блоки и методы расчета этой библиотеки были разработаны ведущей энергетической компанией Hydro-Qué bec of Montreal.

 

 

MATLAB

· MATLAB

· Parallel Computing Toolbox

· MATLAB Distributed Computing Server

Математика и оптимизация

· Optimization Toolbox

· Symbolic Math Toolbox

· Partial Differential Equation Toolbox

· Global Optimization Toolbox

Статистика и анализ данных

· Statistics Toolbox

· Neural Network Toolbox

· Curve Fitting Toolbox

· Model-Based Calibration Toolbox

Проектирование и анализ систем управления

· Control System Toolbox

· System Identification Toolbox

· Fuzzy Logic Toolbox

· Robust Control Toolbox

· Model Predictive Control Toolbox

· Aerospace Toolbox

Обработка сигналов и связь

· Signal Processing Toolbox

· Communications System Toolbox

· DSP System Toolbox

· Wavelet Toolbox

· Fixed-Point Toolbox

· RF Toolbox

· Phased Array System Toolbox

12Следующая ⇒

Поделиться: