Simulink MATLAB Przegląd obiektów i przykłady zastosowań

Transkrypt

1 Simulink MATLAB Przegląd obiektów i przykłady zastosowań M. Berndt-Schreiber 1

2 Simulink MATLAB SIMULINK jest rozszerzeniem pakietu MATLAB; przy pomocy graficznego środowiska pozwala konstruować diagramy czasowe, reprezentujące określone procesy dynamiczne. M. Berndt-Schreiber 2

3 Simulink MATLAB W języku symulacyjnym SIMULINK najczęściej wykorzystuje się pliki MATLABa (typu.m) do rozwiązywania układów równań różniczkowych, liniowych i nieliniowych. M. Berndt-Schreiber 3

4 Simulink MATLAB Zamiast pisać kod MATLABa w SIMULINK opisujemy procesy w postaci połączonych bloków, wykorzystując odpowiednie ikony, reprezentujące dane wejściowe (input), części układu i dane wyjściowe (output). M. Berndt-Schreiber 4

5 Simulink Simulation and Link narzędzie (toolbox) MATLAB a umożliwia: modelowanie symulacje analizę układów dynamicznych M. Berndt-Schreiber 5

6 Obiekty SIMULINK - biblioteka M. Berndt-Schreiber 6

7 Obiekty SIMULINK - przegląd M. Berndt-Schreiber 7

8 Obiekty SIMULINK - przegląd M. Berndt-Schreiber 8

9 Obiekty SIMULINK - diagramy M. Berndt-Schreiber 9

10 Obiekty SIMULINK - diagramy M. Berndt-Schreiber 10

11 Obiekty SIMULINK - symulacje M. Berndt-Schreiber 11

12 SIMULINK - ustawienia symulacji M. Berndt-Schreiber 12

13 SIMULINK - ustawienia symulacji M. Berndt-Schreiber 13

14 Przykłady prostych modeli Konwersja Celsius Fahrenheit T F = 9/5(T C ) + 32 Bloki diagramu M. Berndt-Schreiber 14

15 Przykłady prostych modeli Konwersja Celsius Fahrenheit T F = 9/5(T C ) + 32 Połączenia bloków M. Berndt-Schreiber 15

16 Przykłady prostych modeli Przykładowy kod Matlaba: >> t=(0:.01:10);a=2;phi=pi/2;omega=5; >> xt=a*cos(omega*t+phi); >> plot(t,xt);grid M. Berndt-Schreiber 16

17 Prawa Newtona równanie diagram modelu wyniki symulacji M. Berndt-Schreiber 17

18 Równanie M. Berndt-Schreiber 18

19 Diagram M. Berndt-Schreiber 19

20 Wyniki symulacji M. Berndt-Schreiber 20

21 Termoregulacja ZAŁOŻENIA PODUKŁADY MODELOWE MODEL CAŁOŚCIOWY M. Berndt-Schreiber 21

22 Model termoregulacji - założenia Model instalacji cieplnej domu: termostat ustawiony na 70 stopni Farenheita jest narażony na zewnętrzne, dzienne fluktuacje temperatury fluktuacje temperatury modelowane przy pomocy funkcji sinusoidalnych M. Berndt-Schreiber 22

23 Model termoregulacji - moduły W modelu zastosowano podukłady modelowe w celu: uproszczenia analizy całości uzyskania samodzielnych modułów do ponownego wykorzystywania M. Berndt-Schreiber 23

24 Model termoregulacji - moduły Zastosowane podukłady: TERMOSTAT DOM KONWERTERY TEMPERATURY M. Berndt-Schreiber 24

25 Diagram modelu termoregulacji M. Berndt-Schreiber 25

26 Model podukładu dom M. Berndt-Schreiber 26

27 Model podukładu konwersja M. Berndt-Schreiber 27

28 Model podukładu termostat M. Berndt-Schreiber 28

29 PHYSBE w Simulink MATLAB zaawansowana symulacja układu krążenia M. Berndt-Schreiber 29

30 Physbe Idea Wersja Simulink MATLAB Moduły Rezultaty M. Berndt-Schreiber 30

31 Physbe - idea Klasyczny model układu krążenia człowieka John Mc Leod 1966 PHYSBE -.. a PHYSiological simulation BEnchmark experiment [SIMULATION, 7, (1966) ] M. Berndt-Schreiber 31

32 Physbe - idea Przepływ krwi zgodny z mechanizmem transportu - generuje przepływy: ciepła tlenu składników odżywczych M. Berndt-Schreiber 32

33 Physbe idea Próby implementacji modelu podejmowane przez wielu autorów w latach Wersja Simulink MATLAB dostępna za darmo do adaptacji własnej!! M. Berndt-Schreiber 33

34 Physbe schemat klasyczny M. Berndt-Schreiber 34

35 Physbe ograniczenia modelu nieuwzględnianie gęstości krwi uproszczony liniowy model przepływu krwi natychmiastowe zamykanie się zastawek liniowe reakcje organów, naczyń krwionośnych sztywny podział elementów układu M. Berndt-Schreiber 35

36 Physbe układ krążenia SIMULINK M. Berndt-Schreiber 36

37 Physbe - głowa M. Berndt-Schreiber 37

38 Physbe analiza podukładów M. Berndt-Schreiber 38

39 Physbe - aorta M. Berndt-Schreiber 39

40 Physbe kończyny górne M. Berndt-Schreiber 40

41 Physbe - kończyny dolne M. Berndt-Schreiber 41

42 Physbe - płuca M. Berndt-Schreiber 42

43 Physbe prawa komora serca M. Berndt-Schreiber 43

44 Physbe - tułów M. Berndt-Schreiber 44

45 Physbe - lewa komora serca M. Berndt-Schreiber 45

46 Physbe żyła główna M. Berndt-Schreiber 46

47 Physbe centrum monitorowania M. Berndt-Schreiber 47

48 Physbe ciśnienie - dane startowe M. Berndt-Schreiber 48

49 Physbe kontrola ciśnienia M. Berndt-Schreiber 49

50 Physbe kontrola pojemności M. Berndt-Schreiber 50

51 Lądowanie na księżycu w Simulink odtworzenie historycznego oprogramowania dla modułu lądującego M. Berndt-Schreiber 51

52 Lądowanie na księżycu Oryginalny projekt modułu lądującego LM (Lunar Module) Zasadnicze problemy Wersja Simulink MATLAB M. Berndt-Schreiber 52

53 Moduł lądowania na księżycu NASA - Program Apollo: Konkurs na projekt cyfrowego autopilota LM Realizacja projektu: MIT Instrumentation Laboratories [Richard J. Gran] M. Berndt-Schreiber 53

54 Moduł lądowania na księżycu Brak opracowań optymalnych procedur numerycznych kontrolnych przed rokiem ręczne kodowanie i liczenie Ograniczona prędkość i pojemność komputera (IBM 7090) Brak przyjaznego środowiska graficznego do testowania, system perforowanych kart ( 3 osoby przez 3 lata testowały kod!) M. Berndt-Schreiber 54

55 Moduł lądowania na księżycu Oryginalny zestaw kodów operacyjnych dla autopilota (implementowany na maszynie o zegarze 500 khz!!) M. Berndt-Schreiber 55

56 Moduł lądowania na księżycu Oryginalny diagram logiczny systemu przełączania... M. Berndt-Schreiber 56

57 Moduł lądowania na księżycu Fragment schematu blokowego testy w Fortranie... M. Berndt-Schreiber 57

58 Moduł lądowania na księżycu Uwzględnianie złożonych rotacji układu testowanego... M. Berndt-Schreiber 58

59 Moduł autopilot w Simulink Diagram tworzony w czasie około 1 godziny... M. Berndt-Schreiber 59

60 Moduł autopilot w Simulink Wszystkie parametry dostępne w środowisku graficznym.. M. Berndt-Schreiber 60

61 Moduł autopilot w Simulink Możliwość interakcyjnych testów graficznych... M. Berndt-Schreiber 61

62 Moduł autopilot w Simulink Kontrolny system przełączania w bibliotece Simulink... M. Berndt-Schreiber 62

63 Moduł autopilot w Simulink Algorytm układu kontrolnego uwzględniający złożone rotacje i odpowiedni diagram przepływów... M. Berndt-Schreiber 63

64 Moduł autopilot w Simulink Fragment generowanego kodu w języku Ada... M. Berndt-Schreiber 64