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分享 Simulink2014b 新特性6 模型模板
柚籽 2015-1-5 18:27
Simulink2014b 新特性6 模型模板
顧名思義,以前新建模型都是打開一個空白simulink界面和simulink默認配置,現在提供了各種模板供使用。 如下圖,新建菜單多了一個From template... 打開后就是這個界面,內置各種模板。感興趣的可以拖到物理建模工具的模板看看。 當然,也可以搜索關鍵字,右側是模板說明。 自己配置好的模型,也可以保存為模板,供以后直接使用,如下圖。
個人分類: Simulink基礎|853 次閱讀|0 個評論
分享 Simulink2014b 新特性5 模型瀏覽書簽
柚籽 2015-1-5 18:19
Simulink2014b 新特性5 模型瀏覽書簽
如果你經常需要查看各個模型的各個不同的部分,而且要在合適的位置放大到剛剛好的比例,那么這個模型書簽就是一個很好用的功能。 它可以保存當前模型的瀏覽視圖為書簽,如下圖?;箍梢遠ㄒ遄約旱氖榍┟?。 點擊模型書簽的這個按鈕,就可以看到之前在各個模型里建好的各個書簽。
個人分類: Simulink基礎|570 次閱讀|0 個評論
分享 電池模型-實時仿真-多核
熱度 3 柚籽 2015-1-5 14:46
電池模型-實時仿真-多核
Real-Time Battery Pack Simulation Using Multicore Computers 這是一個新視頻,去年12份錄制的。 用電池模型作為例子,介紹多核提高實時仿真效果。 詳情參見這個視頻: //cn.mathworks.com/videos/real-time-battery-pack-simulation-using-multicore-computers-98676.html?form_seq=conf1512 詳細SAE論文地址: //cn.mathworks.com/company/newsletters/articles/battery-pack-modeling-simulation-and-deployment-on-a-multicore-real-time-target.html --------------------------------------------- 越復雜的模型(理論上在同等條件下精度也越高),它要實現實時仿真也就越難,因為硬件資源在指定的的采樣時間之下需要完成的計算量越大。將模型分割成多個部分,利用多核資源來進行仿真,可以有效的幫助解決這個矛盾。 以電池模型為例,如下圖,這是使用simscape工具搭建的電池模型。 這個簡單電池模型,使用8個電池單元串聯起來的。 里面的每一個電池單元,是使用等效電路來表示的。目測下,這里的等效電路使用的是內置的固定參數電阻電容實現的。如果要研究電池建模相關,可以參見一下鏈接: (---- //cn.mathworks.com/company/newsletters/articles/battery-model-parameter-estimation-using-a-layered-technique-an-example-using-a-lithium-iron-phosphate-cell.html //cn.mathworks.com/services/consulting/proven-solutions/battery-simulation-and-controls.html //cn.mathworks.com/searchresults/?c%5B%5D=entiresite_cnq=battery+modeling ----) Simulink不會自動分割模型實現多核并行運算的仿真。 需要自己手動來講模型劃分,將這個模型分塊,實現concurrent execution有很多種辦法。比如說劃分為兩個,或者四個部分等等?;值氖焙蚧溝每悸竊詒囈縞系氖荽莼岱穸苑掄婢仍斐捎跋?。所以在時間提升上和這種潛在的數據傳遞延遲帶來的影響上,得有個妥協。 通過先在PC上進行桌面仿真,將模型 配置不同的劃分方式,查看 Simulink提供的結果報告,對比選擇最佳的分割方法。然后再去實現實時仿真。 如果要使用MATLAB自動建模功能, 主要使用的命令包括 add_block,添加??? add_line,連接??? 更多命令可以去Help搜索add_block,然后在Help頁面下拉到最下面查看相關???。 (吐槽:其實我不明白為什么要用MATLAB腳本自動搭建模型,感覺用鼠標搭建好反而不用編程那么麻煩??贍苷飫鍤俏私檣蘢遠5墓δ? 比如說下面這張: 這里的每一個手動分割的被引用模型都是一個Task??梢鑰悸歉薟煌裳奔淅椿幟P?,實現concurrent execution。scheduler 自動的 將不同的task分配到不同的計算資源上去。 比如說這三種分割方式: 不同采樣率的邊界之間的數據傳遞,考慮到數據完整性可能會有一些 延遲,所以 需要驗證,我們的分割是否對仿真結果造成影響 首先要有一個benchmark作為參照物,看各種分割方式的仿真誤差是否過大:模型不分割,使用變步長求解器。 然后每種分割方式的結果對比,如下圖,看是否符合自己的精度要求。 通過桌面仿真,看看如果這樣的分割方式在多核上跑,會有什么樣的效果。這里只是大概看看效果,并不等于在實時仿真機上跑就是這個數據。 如下圖: 下圖1-task partition,這是電池模型的部分沒有劃分,只有一個task: 橫坐標是時間,縱坐標是各個task。 黃色底色的數字下面那個黑色數字是core的編號??梢鑰吹絚ore 2在完成add_voltage以后,又去計算load了。 可以看到real time大概60個mu秒,而Desktop跟它不同。why? 這是把那個電池分成兩個task: 這是把電池分成4個task的: 這是一個對比: 總結:
個人分類: 實時仿真|1197 次閱讀|1 個評論
分享 利用代碼生成功能加速Simscape模型參數掃描實驗
柚籽 2014-6-12 13:15
最“簡單粗暴”的優化方法不外乎進行參數掃描,讓模型運行在參數的一系列待選值之下,觀察最后的結果,借以分析參數變化對系統的影響,也可以為后期優化做準備;在蒙特卡洛分析中亦需要進行大量的仿真實驗。 將把Simscape模型轉化為可執行程序后,仿真速度可以大大提高,為此可以節約總的分析時間。 這里以Simscape搭建的投影儀熱系統為例,利用參數掃描觀察不同風扇風速設置對投影儀溫度的影響。 利用代碼生成功能將模型轉化為獨立可執行程序,大大加快了整體分析時間。 //www.tudou.com/v/eG4lsHAWjFw/rpid=1832241resourceId=1832241_04_05_99/v.swf
個人分類: 物理建模|1663 次閱讀|0 個評論
分享 Simulink模型控制參數調節
熱度 39 柚籽 2014-5-9 09:28
昨天看到一個帖子,提到自己的Simulink模型里自己搭建的的PID??槔錈嫻牟問趺吹?,于是做了一個簡單的Simulink優化工具使用的視頻。 直接進入主題,請從第3分鐘開始。 //www.tudou.com/v/kIBnTrHJb84/rpid=1832241resourceId=1832241_04_05_99/v.swf
個人分類: 控制基礎|2721 次閱讀|21 個評論
分享 SimMechanics導入SolidWorks模型
熱度 4 柚籽 2014-4-30 13:02
SimMechanics導入SolidWorks模型
之前有位朋友問怎么導入Solidworks的模型,所以寫了這篇帖子。如果有未描述清楚的部分,隨便提出。 或者參考這個視頻教程: //www.exedlj.com.cn/thread-461614-1-1.html 注:在命令窗口輸入命令,打開本操作步驟的詳細幫助文檔: web(fullfile(docroot, 'physmod/sm/ug/import-robot-arm-model.html')) 關于模型的導出說明,在命令行輸入: web(fullfile(docroot, 'physmod/sm/ug/install-and-register-simmechanics-link-software.html')) 上傳圖片不方便,所以就把整個整個截了張圖: 相關文件下載: //yunpan.cn/QNIHDmmy9GqfN 訪問密碼 caeb
個人分類: 物理建模|2878 次閱讀|6 個評論
分享 基于實驗數據搭建精確Simscape鋰電池模型
熱度 18 柚籽 2013-11-14 12:44
基于實驗數據搭建精確Simscape鋰電池模型
內容用一句話來說就是:確定等效模型結構,用實驗數據來調整參數,使仿真數據與實驗數據吻合。 所以要根據自己的經驗先設計電池的充放電實驗,采集數據,要能得到能反映電池特性的實驗數據。 但是 實驗數據,不會像我們教材上看到的波形那樣干凈整齊, 比如說噪音,數據缺失之類等等。 通過經驗,借鑒別人的論文,各種參考書,看看自己實驗數據的的波形,我們需要確定電池單元的等效模型。 電池單元建模的方法有很多,神經網絡,我們今天所討論的是等效電路模型這種方法。并不是這種方法是最適當的,只是說,如果你要是用等效電路模型這種方法的話,接下來就看,可以怎么來用Simscape這種工具來實現。 電池本身的性能多變,在不同充放電的循環下,在不同的充放電程度下,表現出來的性能差異比較大。也就是說,等效電路的各個參數在整個仿真過程中是動態變化的。電路仿真的工具有很多,但是能否實現這種具有動態參數的電路模型,而且電池參數跟電池本身的充放電狀態有關系。并且,還需要將這種動態關系調整到能吻合實驗數據。這個可以討論。 搭建出精確的電池單元模型,通常都不是我們工作的終點。使用Simscape搭建出來的電池單元模型,可以非常方便的進行擴展 ,很容易并且集成到更大的電路系統,或者simulink模型。 不論是哪種建模方法,神經網絡模型,Simulink模型,Simscape模型等等,我們都要用到實驗數據來驗證或者校調模型。 讀取數據文件: 數據處理之前,需要讀入MATLAB環境。 可以使用 textscan 或者 xlsread 等等方便的讀取數據文件,MATLAB有一個*read系列的命令,讀取視屏,音頻等等數據。如果是自己特殊的格式要用底層命令可以用file系列的命令,fread,fgetl之類。 讀取硬件: 或者使用工具箱直接從數據采集卡讀取數據,Data Acquisition Toolbox(Data Acquisition Toolbox? provides functions for connecting MATLAB? to data acquisition hardware. The toolbox supports a variety of DAQ hardware, including USB, PCI, PCI Express?, PXI, and PXI-Express devices, from National Instruments, Measurement Computing, Advantech, Data Translation, and other vendors.)。 攝像頭(這里不用,只是提一下而已)可以用Image Acquasition工具箱(界面形式和命令形式都可以)。Simulink環境下可以用Image Acuqsition Toolbox下的From Video Device???。 數據采集進來,我們需要處理了。 比如,電流和電壓采用不同的設備測量,可能存在不同采樣率,所以需要合并為具有相同時間軸的一組數據。 下面的幾個數據處理之前,可以先去了解table,dataset這種數據類型,這些命令可以很方便的實現交集,并集。 就使用數組也可以類似的結果只不過需要自己額外編寫一些腳本。 這又是一個很復雜的話題了,這里不討論。 信號去噪有多種方式,最簡單的就是使用移動平均值來光滑曲線。 也可以使用曲線擬合。 cftool,曲線擬合工具箱的GUI界面,容易上手。 也可以不用界面,直接使用提供的函數比如fit來編寫腳本,靈活度更大。 在特定溫度下, 一系列恒定的放電電流脈沖激勵,收集實驗數據。電壓的變化值處理后的實驗數據如圖, 跟兩端相比,中間的 SOC ,也就是電壓變化區間一半的地方,放電脈沖的時間稍微長一些。 這是因為,我們知道在兩端的 SOC 曲線變化會劇烈一些,所以讓點密一些。電流脈沖的圖沒放。 如果需要把溫度和放電電流也搭入模型里面,就需要在不同的溫度和電流值,重復這個實驗。 等效電路模型是現在常用的方式,其實等效電路模型的類型也有很多種,這里選用下面的這一種。 電壓源Em ,表征電池的開路電壓。 電阻 R0 ,表征當電池加上外加負載后端電壓的壓降特性。 一串 RC 電路 ,表征電池時間常數和頻率響應等特性。 由于電池內部的電化學效應, 存在某些寄生電容或電阻,引起一些能量損失, 鋰電池里影響很小, 所以我們這次忽略它。 回路中的每一個元件參數, 都是 SOC(state-of-charge) ,溫度或者電路中電壓,電流的函數。 這是其中一個放電脈沖,從放電到回穩的整個區間,電池電壓變化的響應曲線放大來看。 在這個脈沖 施加之前和之后的穩定時間內,對應的 SOC 不變,而是在脈沖前后都發生了變化。 而開路電壓,也就是這里的 Em ,同樣在穩態時也是常數,不變。 R0 影響脈沖開始和結束的瞬間,電壓的突變。 剩下的 RC 支路影響模型的瞬態特性。 首先,確定等效電路模型的拓撲結構。對于鋰電池來說,在這里,這個問題就變成了,選擇多少個 RC 分支 。 通常來說,也是觀察在脈沖施加過后,電壓回穩這個動態階段的曲線形式(紅框里的),大概的看一下系統響應的時間常數,擬合不同階次的指數方程。 我們試著 擬合從一階到四階的指數方程。 來看 對瞬態響應的曲線擬合結果。從左邊整體的圖上看 1RC 電路的結果也還不錯。不過,當我們放大來看 就能看到明顯的區別了,看右邊的放大圖(看橫坐標的變化), RC 支路越多,在響應曲線前面的這個地方就擬合得越好。 可以考慮使用 2RC 或者 3 R-C ,權衡模型復雜度和擬合的靈活性精度。 選擇好的電路模型還只是我們的一個草稿,還需要去實現這個模型,做出一個能仿真能運行的電池模型,而不只是一張圖。 右下角的模型是使用Simscape的??榭?,電阻電容電源搭建出來的模型,其實相當于是很簡單的抄了這個模型一遍,沒有什么額外的分析和方程推導。跟很多電路仿真軟件類似。 打了個紅叉,是因為,我們本次的電池模型,從之前的分析也知道,所有的等效電路元件的參數值,都是隨著電池本身充放電狀態的變化而變化的。并不是一個常數,所以這樣的平均值模型并不能很好的我吻合們的需求。 這同樣也是 Simscape 搭建的模型。 “ 所有的等效電路元件的參數值,都是隨著電池本身充放電狀態的變化而變化的?!? 所以可以看到左邊,根據電路里的電流信息,累積算出電池的充放電狀態SOC。 左邊 開環電壓 Em ,是一個受控電壓源???,它的電壓之值根據 SOC 查表而來; 右邊 端電阻 R0 ,是個可變電阻,阻值與 SOC 有關。 中間,就是 RC 支路 使用兩個參數,一個是電阻 R ,另一個是時間常數 Tao 。沒有什么特別的原因,只是使用時間常數做為參數,可以幫助更直接的理解這個分支對仿真結果的影響。 帶查表的電路結構本身沒有什么特殊的變化,只是將元器件變成了可變參數的元件, 元器件的參數會在仿真過程根據查表得結果而實時的變化。 比如這個例子,電路中的電阻值,根據查表而來。這里假設,當輸入的 SOC 分別為 1 , 0.99,0.98 時,電阻值成倍增長。 所以當我特意讓輸入信號 SOC 為 1 , 0.99 , 0.98 變化時, 以看到最終的電流值是成倍減少。 Simscape里除了這種簡單的 1 維表格之外,還有 2 維表格。 二維表格就用在這種情況了。 元件值除了與 SOC 相關外,還與溫度相關。 所以說這些元器件使用 lookup table 來建模是最合適的,根據SOC和溫度兩個值來查一個二維表。給 表格合適的斷點,就可以給模型提供足夠的靈活性,來吻合實驗數據。 其實在優化之前,特別是比較復雜的優化問題,有一個很重要的步驟,就是給優化問題賦初始值。 針對于這里的電池的優化,也沒有什么特別的秘訣來設置初始值,大多都是憑經驗,觀察曲線,或者簡化的理論公式,簡化的模型來推算一下。 例子: //yunpan.cn/Q9I55u2IJ9ihk 運行ssc_lithium_cell_1RC_estim,按照說明雙擊橘紅色的框,自動加載預先設置的優化配置和數據。 這個模型里面的查表,是使用simscape language實現的。打開可以看到, C = tablelookup(SOC_Table,C_Table,SOC,... interpolation=linear,extrapolation=nearest) 初始表格的值如下, 在每個SOC下,元件參數都是常值。 優化工具箱,幫你把每個SOC下對應的元件參數給尋優出來。 最后其實是把的等效電路模型里的每一個元件參數曲線或者說表格給擬合出來: 流程上的內容其實就這么多。 我們回頭來看這個三 RC模型要復雜 , 原理上來說,也可以剛才那樣,一次性把整個 SOC 實驗數據擬合完成, 但是, 問題在于, 優化對象變得非常復雜,優化求解器很容易就陷到局部最優解里去。 而且,三 RC 里面有太多的參數,太多的脈沖數據,引起各種各樣的問題。 不管是這里的電池,還是別的優化,都會有這種類似的問題。 所以得考慮把優化問題化簡?;蠐嘔侍庥瀉芏嘀址椒?,比如可以使用參數掃描的方式,縮小尋優范圍;這里是使用優化目標切割的方式。比如說原來有10個SOC點需要一次性擬合完,現在是一次擬合一個點,擬合十次。 這種方法只是借鑒,并不適合于所有的優化問題。 每一個脈沖充放電的數據的分割點并不是非常明顯,所以可以把數據段分割的時候前后相互重疊一點。 還可以前一次擬合的結果,當作下一次的初始值來用。不過要注意使用這種方法的話會存在累積誤差的影響,所以使用腳本的時候,需要在中間加一些對誤差的判斷。 后面略。 文件下載: //yunpan.cn/Q9ItmV864RTT7 參考文獻: High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells Battery Model Parameter Estimation Using a Layered Technique
個人分類: Simulink基礎|4560 次閱讀|7 個評論
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