半实物仿真与实时控制讲稿.ppt

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1、半实物仿真与实时控制半实物仿真与实时控制第一页，讲稿共二十八页哦2023/4/30Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010第第9章章 半实物仿真与实时控制半实物仿真与实时控制搭建起数字仿真与实时控制之间桥梁半实物仿真工具dSPACE,Quanser+WinCon,NIAT+FlexControl主要内容Simulink仿真的实时工具RTWdSPACE简介与常用模块Quanser简介与常用模块半实物仿真与实时控制实例基于NIAT的低成本半实物仿真简介第二页，讲稿共二十

2、八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.1 Simulink仿真的实时工具仿真的实时工具RTW半实物仿真指的是仿真系统中部分为实物，部分为数值仿真代码组成的仿真模式“硬件在回路”(hardware-in-the-loop，HIL)的仿真，又称为半实物仿真快速原型设计技术(rapid prototyping)本节主要内容半实物仿真简介独立程序的自动生成实时仿真与目标计算机仿真基于xPC Target的半实物仿真方法第三页，讲稿共二十八页哦Friday,201

3、0-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.1.1 半实物仿真简介半实物仿真简介实时工具(Real-Time Workshop，RTW）：由Simulink的框图生成优化语言(如C和Ada)代码控制与快速原型设计所需的代码实时工具嵌入式代码生成器(Real-Time Workshop Embedded Coder)：可以用来开发嵌入式操作系统的C语言程序Real-Time Windows Target和xPC Windows TargetsSimulink描述的控制器直接通过输入、输出

4、卡第四页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010RTW的地位与作用的地位与作用第五页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.1.2 独立程序的自动生成独立程序的自动生成Simulink仿真模型可以转换为可执行文件，可以脱离MATLAB/Simulink运行必须使用定步长仿真算法，不能用变步长Tool

5、s|Real-Time Workshop|Build Model可以生成exe文件，脱离MATLAB语言可以运行仿真结果将生成后缀为mat的透明文件，存储仿真结果，tout和yout分别存为rt_tout、rt_yout可以加速仿真过程还可以选择Accelerator仿真模式，在MATLAB下运行，不能脱离该环境第六页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010例：例：c8fstr1.mdl模型的实时化模型的实时化修改算法为定步长0.001s生成新的c

6、9fstr1.mdl，PreLoadFcn设置成脱离MATLAB运行仿真结束后，将结果传递到MATLABAccelerator仿真模式第七页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.1.3 实时仿真与目标计算机仿真实时仿真与目标计算机仿真主机(host):运行MATLAB/Simulink的计算机目标计算机(target):实际运行Simulink所生成的可执行文件的计算机通过RS232接口或TCP/IP协议与主机相连，共同完成实时仿真任务允许主

7、机和目标计算机使用同一计算机Real-Time Windows Target的安装第八页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Simulation菜单支持的仿真状态菜单支持的仿真状态正常仿真模式 Normal：默认方式，Simulink正常模式加速仿真模式 Accelerator：自动将Simulink模型生成.mexw32可执行文件外部仿真模式 External：允许在没有安装MATLAB的机器上直接运行，由Tools|Real-Time Wo

8、rkshop|Build model命令自动生成可执行代码“硬件在回路”和“处理器在回路”的仿真模式第九页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010例：例：Van der Pol方程仿真方程仿真原始模型：c9mvdp1.mdl，定步长设置DOS(4GW)Real-Time Target：DOS下目标程序RTW Embedded Coder：嵌入式操作系统的程序Rapid Simulation Target：快速仿真目标程序，主要用于需要频繁进行仿真的

9、过程，如Monte Carlo仿真。Real-Time Windows Target：实时的、Windows下可以运行的目标程序Tornado(VxWorks)Real-Time Target：Tornado系统下运行的实时目标程序第十页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.1.4 基于基于xPC Target的半实物仿真方法的半实物仿真方法xPC Target的主要特色为：在没有安装Microsoft Windows的目标计算机上运行最高的

10、采样速率可达100kHz，取决于处理器本身支持各种各样的常用标准输入、输出设备允许在主机或目标计算机上进行交互式的参数调试在主机和目标计算机上交互显示数据和信号支持通过RS232或TCP/IP协议的主机与目标计算机通信方式用xPC的Target Embedded选项开发嵌入式控制器第十一页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.2 dSPACE简介与常用模块简介与常用模块dSPACE(digital Signal Processing And

11、Control Engineering）实时仿真系统提供了如下多种可供选择的方案单板系统：面向快速原型设计用户标准组件系统：允许用户根据特定需求随意组装，可以使用多块处理器板、多块I/O板，使系统运算速度、内存和I/O能力均可大大扩展，从而可以满足复杂的应用特定应用装置：如汽车、火车、飞机等系统的特殊开发环境。第十二页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.2.2 dSPACE模块简介模块简介dSPACE主模块组9.2.2 dSPACE模块简介

12、模块简介第十三页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Master PPC子模块组子模块组第十四页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.3 Quanser简介与常用模块简介与常用模块主模块组第十五页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛

13、定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Q4系列模块组系列模块组第十六页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.3.2 Quanser受控对象受控对象常用受控对象第十七页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.4 半实物仿真与实时控制半实物仿真与

14、实时控制球杆系统 Ball&Beam System第十八页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Quanser系统系统第十九页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010dSPACE系统系统第二十页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳

15、泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010第二十一页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.5 基于基于NIAT的低成本半实物的低成本半实物仿真系统仿真系统dSPACE和Quanser是国际上流行的半实物仿真系统，比较成型成本较高引入低成本的NIAT系统在教学上比较合适Pendubot系统的数学模型Pendubot控制的数字仿真研究基于NIAT的半实物仿真实验第二十二页，讲稿共二十八页哦Friday,201

16、0-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Pendubot受控对象受控对象第二十三页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，20109.5.2 Pendubot的数学模型的数学模型Pendubot系统的动力学方程其中第二十四页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB

17、/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Pendubot的状态方程的状态方程系统参数状态方程控制转矩第二十五页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Pendubot的的S-函数表示函数表示第二十六页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Pendubot线性化线性化Simulink模型：c9mniat3.mdl参数赋值模型线性化得出第二十七页，讲稿共二十八页哦Friday,2010-10-8,23:20:59 9章：半实物仿真与实时控制薛定宇、陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用清华大学出版社，2010Pendubot控制仿真模型控制仿真模型采用状态反馈向量Simulink模型：c9mpendsim.mdl垂直向上控制改变预设值第二十八页，讲稿共二十八页哦