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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
顾名思义,以前新建模型都是打开一个空白simulink界面和simulink默认配置,现在提供了各种模板供使用。 如下图,新建菜单多了一个From template... 打开后就是这个界面,内置各种模板。感兴趣的可以拖到物理建模工具的模板看看。 当然,也可以搜索关键字,右侧是模板说明。 自己配置好的模型,也可以保存为模板,供以后直接使用,如下图。
个人分类: Simulink基础|742 次阅读|0 个评论
分享 Simulink2014b 新特性5 模型浏览书签
柚籽 2015-1-5 18:19
Simulink2014b 新特性5 模型浏览书签
如果你经常需要查看各个模型的各个不同的部分,而且要在合适的位置放大到刚刚好的比例,那么这个模型书签就是一个很好用的功能。 它可以保存当前模型的浏览视图为书签,如下图?;箍梢远ㄒ遄约旱氖榍┟?。 点击模型书签的这个按钮,就可以看到之前在各个模型里建好的各个书签。
个人分类: Simulink基础|473 次阅读|0 个评论
分享 电池模型-实时仿真-多核
热度 2 柚籽 2015-1-5 14:46
电池模型-实时仿真-多核
Real-Time Battery Pack Simulation Using Multicore Computers 这是一个新视频,去年12份录制的。 用电池模型作为例子,介绍多核提高实时仿真效果。 详情参见这个视频: //cn.mathworks.com/videos/real-time-battery-pack-simulation-using-multicore-computers-98676.html?form_seq=conf1512 详细SAE论文地址: //cn.mathworks.com/company/newsletters/articles/battery-pack-modeling-simulation-and-deployment-on-a-multicore-real-time-target.html --------------------------------------------- 越复杂的模型(理论上在同等条件下精度也越高),它要实现实时仿真也就越难,因为硬件资源在指定的的采样时间之下需要完成的计算量越大。将模型分割成多个部分,利用多核资源来进行仿真,可以有效的帮助解决这个矛盾。 以电池模型为例,如下图,这是使用simscape工具搭建的电池模型。 这个简单电池模型,使用8个电池单元串联起来的。 里面的每一个电池单元,是使用等效电路来表示的。目测下,这里的等效电路使用的是内置的固定参数电阻电容实现的。如果要研究电池建模相关,可以参见一下链接: (---- //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不会自动分割模型实现多核并行运算的仿真。 需要自己手动来讲模型划分,将这个模型分块,实现concurrent execution有很多种办法。比如说划分为两个,或者四个部分等等?;值氖焙蚧沟每悸窃诒呓缟系氖荽莼岱穸苑抡婢仍斐捎跋?。所以在时间提升上和这种潜在的数据传递延迟带来的影响上,得有个妥协。 通过先在PC上进行桌面仿真,将模型 配置不同的划分方式,查看 Simulink提供的结果报告,对比选择最佳的分割方法。然后再去实现实时仿真。 如果要使用MATLAB自动建模功能, 主要使用的命令包括 add_block,添加??? add_line,连接??? 更多命令可以去Help搜索add_block,然后在Help页面下拉到最下面查看相关???。 (吐槽:其实我不明白为什么要用MATLAB脚本自动搭建模型,感觉用鼠标搭建好反而不用编程那么麻烦??赡苷饫锸俏私樯茏远5墓δ? 比如说下面这张: 这里的每一个手动分割的被引用模型都是一个Task??梢钥悸歉莶煌裳奔淅椿帜P?,实现concurrent execution。scheduler 自动的 将不同的task分配到不同的计算资源上去。 比如说这三种分割方式: 不同采样率的边界之间的数据传递,考虑到数据完整性可能会有一些 延迟,所以 需要验证,我们的分割是否对仿真结果造成影响 首先要有一个benchmark作为参照物,看各种分割方式的仿真误差是否过大:模型不分割,使用变步长求解器。 然后每种分割方式的结果对比,如下图,看是否符合自己的精度要求。 通过桌面仿真,看看如果这样的分割方式在多核上跑,会有什么样的效果。这里只是大概看看效果,并不等于在实时仿真机上跑就是这个数据。 如下图: 下图1-task partition,这是电池模型的部分没有划分,只有一个task: 横坐标是时间,纵坐标是各个task。 黄色底色的数字下面那个黑色数字是core的编号??梢钥吹絚ore 2在完成add_voltage以后,又去计算load了。 可以看到real time大概60个mu秒,而Desktop跟它不同。why? 这是把那个电池分成两个task: 这是把电池分成4个task的: 这是一个对比: 总结:
个人分类: 实时仿真|985 次阅读|1 个评论
分享 利用代码生成功能加速Simscape模型参数扫描实验
柚籽 2014-6-12 13:15
最“简单粗暴”的优化方法不外乎进行参数扫描,让模型运行在参数的一系列待选值之下,观察最后的结果,借以分析参数变化对系统的影响,也可以为后期优化做准备;在蒙特卡洛分析中亦需要进行大量的仿真实验。 将把Simscape模型转化为可执行程序后,仿真速度可以大大提高,为此可以节约总的分析时间。 这里以Simscape搭建的投影仪热系统为例,利用参数扫描观察不同风扇风速设置对投影仪温度的影响。 利用代码生成功能将模型转化为独立可执行程序,大大加快了整体分析时间。 //www.tudou.com/v/eG4lsHAWjFw/rpid=1832241resourceId=1832241_04_05_99/v.swf
个人分类: 物理建模|1533 次阅读|0 个评论
分享 Simulink模型控制参数调节
热度 37 柚籽 2014-5-9 09:28
昨天看到一个帖子,提到自己的Simulink模型里自己搭建的的PID??槔锩娴牟问趺吹?,于是做了一个简单的Simulink优化工具使用的视频。 直接进入主题,请从第3分钟开始。 //www.tudou.com/v/kIBnTrHJb84/rpid=1832241resourceId=1832241_04_05_99/v.swf
个人分类: 控制基础|2376 次阅读|19 个评论
分享 SimMechanics导入SolidWorks模型
热度 4 柚籽 2014-4-30 13:02
SimMechanics导入SolidWorks模型
之前有位朋友问怎么导入Solidworks的模型,所以写了这篇帖子。如果有未描述清楚的部分,随便提出。 或者参考这个视频教程: //www.3vdvp.cn/thread-461614-1-1.html 注:在命令窗口输入命令,打开本操作步骤的详细帮助文档: web(fullfile(docroot, 'physmod/sm/ug/import-robot-arm-model.html')) 关于模型的导出说明,在命令行输入: web(fullfile(docroot, 'physmod/sm/ug/install-and-register-simmechanics-link-software.html')) 上传图片不方便,所以就把整个整个截了张图: 相关文件下载: //yunpan.cn/QNIHDmmy9GqfN 访问密码 caeb
个人分类: 物理建模|2355 次阅读|6 个评论
分享 基于实验数据搭建精确Simscape锂电池模型
热度 17 柚籽 2013-11-14 12:44
基于实验数据搭建精确Simscape锂电池模型
内容用一句话来说就是:确定等效模型结构,用实验数据来调整参数,使仿真数据与实验数据吻合。 所以要根据自己的经验先设计电池的充放电实验,采集数据,要能得到能反映电池特性的实验数据。 但是 实验数据,不会像我们教材上看到的波形那样干净整齐, 比如说噪音,数据缺失之类等等。 通过经验,借鉴别人的论文,各种参考书,看看自己实验数据的的波形,我们需要确定电池单元的等效模型。 电池单元建模的方法有很多,神经网络,我们今天所讨论的是等效电路模型这种方法。并不是这种方法是最适当的,只是说,如果你要是用等效电路模型这种方法的话,接下来就看,可以怎么来用Simscape这种工具来实现。 电池本身的性能多变,在不同充放电的循环下,在不同的充放电程度下,表现出来的性能差异比较大。也就是说,等效电路的各个参数在整个仿真过程中是动态变化的。电路仿真的工具有很多,但是能否实现这种具有动态参数的电路模型,而且电池参数跟电池本身的充放电状态有关系。并且,还需要将这种动态关系调整到能吻合实验数据。这个可以讨论。 搭建出精确的电池单元模型,通常都不是我们工作的终点。使用Simscape搭建出来的电池单元模型,可以非常方便的进行扩展 ,很容易并且集成到更大的电路系统,或者simulink模型。 不论是哪种建模方法,神经网络模型,Simulink模型,Simscape模型等等,我们都要用到实验数据来验证或者校调模型。 读取数据文件: 数据处理之前,需要读入MATLAB环境。 可以使用 textscan 或者 xlsread 等等方便的读取数据文件,MATLAB有一个*read系列的命令,读取视屏,音频等等数据。如果是自己特殊的格式要用底层命令可以用file系列的命令,fread,fgetl之类。 读取硬件: 或者使用工具箱直接从数据采集卡读取数据,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.)。 摄像头(这里不用,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环境下可以用Image Acuqsition Toolbox下的From Video Device???。 数据采集进来,我们需要处理了。 比如,电流和电压采用不同的设备测量,可能存在不同采样率,所以需要合并为具有相同时间轴的一组数据。 下面的几个数据处理之前,可以先去了解table,dataset这种数据类型,这些命令可以很方便的实现交集,并集。 就使用数组也可以类似的结果只不过需要自己额外编写一些脚本。 这又是一个很复杂的话题了,这里不讨论。 信号去噪有多种方式,最简单的就是使用移动平均值来光滑曲线。 也可以使用曲线拟合。 cftool,曲线拟合工具箱的GUI界面,容易上手。 也可以不用界面,直接使用提供的函数比如fit来编写脚本,灵活度更大。 在特定温度下, 一系列恒定的放电电流脉冲激励,收集实验数据。电压的变化值处理后的实验数据如图, 跟两端相比,中间的 SOC ,也就是电压变化区间一半的地方,放电脉冲的时间稍微长一些。 这是因为,我们知道在两端的 SOC 曲线变化会剧烈一些,所以让点密一些。电流脉冲的图没放。 如果需要把温度和放电电流也搭入模型里面,就需要在不同的温度和电流值,重复这个实验。 等效电路模型是现在常用的方式,其实等效电路模型的类型也有很多种,这里选用下面的这一种。 电压源Em ,表征电池的开路电压。 电阻 R0 ,表征当电池加上外加负载后端电压的压降特性。 一串 RC 电路 ,表征电池时间常数和频率响应等特性。 由于电池内部的电化学效应, 存在某些寄生电容或电阻,引起一些能量损失, 锂电池里影响很小, 所以我们这次忽略它。 回路中的每一个元件参数, 都是 SOC(state-of-charge) ,温度或者电路中电压,电流的函数。 这是其中一个放电脉冲,从放电到回稳的整个区间,电池电压变化的响应曲线放大来看。 在这个脉冲 施加之前和之后的稳定时间内,对应的 SOC 不变,而是在脉冲前后都发生了变化。 而开路电压,也就是这里的 Em ,同样在稳态时也是常数,不变。 R0 影响脉冲开始和结束的瞬间,电压的突变。 剩下的 RC 支路影响模型的瞬态特性。 首先,确定等效电路模型的拓扑结构。对于锂电池来说,在这里,这个问题就变成了,选择多少个 RC 分支 。 通常来说,也是观察在脉冲施加过后,电压回稳这个动态阶段的曲线形式(红框里的),大概的看一下系统响应的时间常数,拟合不同阶次的指数方程。 我们试着 拟合从一阶到四阶的指数方程。 来看 对瞬态响应的曲线拟合结果。从左边整体的图上看 1RC 电路的结果也还不错。不过,当我们放大来看 就能看到明显的区别了,看右边的放大图(看横坐标的变化), RC 支路越多,在响应曲线前面的这个地方就拟合得越好。 可以考虑使用 2RC 或者 3 R-C ,权衡模型复杂度和拟合的灵活性精度。 选择好的电路模型还只是我们的一个草稿,还需要去实现这个模型,做出一个能仿真能运行的电池模型,而不只是一张图。 右下角的模型是使用Simscape的??榭?,电阻电容电源搭建出来的模型,其实相当于是很简单的抄了这个模型一遍,没有什么额外的分析和方程推导。跟很多电路仿真软件类似。 打了个红叉,是因为,我们本次的电池模型,从之前的分析也知道,所有的等效电路元件的参数值,都是随着电池本身充放电状态的变化而变化的。并不是一个常数,所以这样的平均值模型并不能很好的我吻合们的需求。 这同样也是 Simscape 搭建的模型。 “ 所有的等效电路元件的参数值,都是随着电池本身充放电状态的变化而变化的?!? 所以可以看到左边,根据电路里的电流信息,累积算出电池的充放电状态SOC。 左边 开环电压 Em ,是一个受控电压源???,它的电压之值根据 SOC 查表而来; 右边 端电阻 R0 ,是个可变电阻,阻值与 SOC 有关。 中间,就是 RC 支路 使用两个参数,一个是电阻 R ,另一个是时间常数 Tao 。没有什么特别的原因,只是使用时间常数做为参数,可以帮助更直接的理解这个分支对仿真结果的影响。 带查表的电路结构本身没有什么特殊的变化,只是将元器件变成了可变参数的元件, 元器件的参数会在仿真过程根据查表得结果而实时的变化。 比如这个例子,电路中的电阻值,根据查表而来。这里假设,当输入的 SOC 分别为 1 , 0.99,0.98 时,电阻值成倍增长。 所以当我特意让输入信号 SOC 为 1 , 0.99 , 0.98 变化时, 以看到最终的电流值是成倍减少。 Simscape里除了这种简单的 1 维表格之外,还有 2 维表格。 二维表格就用在这种情况了。 元件值除了与 SOC 相关外,还与温度相关。 所以说这些元器件使用 lookup table 来建模是最合适的,根据SOC和温度两个值来查一个二维表。给 表格合适的断点,就可以给模型提供足够的灵活性,来吻合实验数据。 其实在优化之前,特别是比较复杂的优化问题,有一个很重要的步骤,就是给优化问题赋初始值。 针对于这里的电池的优化,也没有什么特别的秘诀来设置初始值,大多都是凭经验,观察曲线,或者简化的理论公式,简化的模型来推算一下。 例子: //yunpan.cn/Q9I55u2IJ9ihk 运行ssc_lithium_cell_1RC_estim,按照说明双击橘红色的框,自动加载预先设置的优化配置和数据。 这个模型里面的查表,是使用simscape language实现的。打开可以看到, C = tablelookup(SOC_Table,C_Table,SOC,... interpolation=linear,extrapolation=nearest) 初始表格的值如下, 在每个SOC下,元件参数都是常值。 优化工具箱,帮你把每个SOC下对应的元件参数给寻优出来。 最后其实是把的等效电路模型里的每一个元件参数曲线或者说表格给拟合出来: 流程上的内容其实就这么多。 我们回头来看这个三 RC模型要复杂 , 原理上来说,也可以刚才那样,一次性把整个 SOC 实验数据拟合完成, 但是, 问题在于, 优化对象变得非常复杂,优化求解器很容易就陷到局部最优解里去。 而且,三 RC 里面有太多的参数,太多的脉冲数据,引起各种各样的问题。 不管是这里的电池,还是别的优化,都会有这种类似的问题。 所以得考虑把优化问题化简?;蛴呕侍庥泻芏嘀址椒?,比如可以使用参数扫描的方式,缩小寻优范围;这里是使用优化目标切割的方式。比如说原来有10个SOC点需要一次性拟合完,现在是一次拟合一个点,拟合十次。 这种方法只是借鉴,并不适合于所有的优化问题。 每一个脉冲充放电的数据的分割点并不是非常明显,所以可以把数据段分割的时候前后相互重叠一点。 还可以前一次拟合的结果,当作下一次的初始值来用。不过要注意使用这种方法的话会存在累积误差的影响,所以使用脚本的时候,需要在中间加一些对误差的判断。 后面略。 文件下载: //yunpan.cn/Q9ItmV864RTT7 参考文献: 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
个人分类: Simulink基础|3858 次阅读|7 个评论
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