Getting Started with Simulink for Controls

MATLAB

27 Jan 202011:31

Summary

TLDRفي هذا الفيديو، سنتعلم كيفية تصميم نظام تتبع للألواح الشمسية باستخدام برنامج سيمولينك، وهي أداة نمذجة رسومية لتصميم الأنظمة الديناميكية. سنبدأ من الصفر ونبني مكونات النظام خطوة بخطوة، بما في ذلك اللوح الشمسي والمحرك ووحدة التحكم باستخدام أدوات مثل الكتل والمجسات. سنتعرف أيضًا على كيفية اختبار النظام باستخدام بيانات حقيقية لموقع الشمس، وتطبيق تقنية التحكم PID للحصول على أفضل أداء. في النهاية، ستكتسب مهارات أساسية لاستخدام سيمولينك في تصميم الأنظمة الديناميكية وتحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية.

Takeaways

😀 سيميولينك هو بيئة رسومية لتمثيل الأنظمة الديناميكية التي تتغير مع مرور الوقت.
😀 يمكنك استخدام سيميولينك لتصميم نماذج لأنظمة بسيطة مثل منظم حرارة منزلي أو أنظمة معقدة مثل السيارات ذاتية القيادة.
😀 الفيديو يقدم لك فكرة عامة عن كيفية العمل في سيميولينك ويمر عبر نموذج لتحريك الألواح الشمسية لمتابعة الشمس.
😀 في هذا المثال، سيتم استخدام سيميولينك لتصميم نظام تتبع للشمس مع لوحة شمسية ومحرك لتحريك اللوحة.
😀 سيميولينك يعتمد على دمج الكتل والإشارات لبناء النماذج، حيث يبدأ النموذج من الكتل الأساسية مثل مكاملات الحركة.
😀 النماذج يتم بناؤها باستخدام الكتل مثل كتل التكامل والتعديل على القيم الرياضية مثل العزم والعوامل الميكانيكية.
😀 يتم حساب وإظهار الحركات مثل التسارع والسرعة باستخدام كتل التكامل وتحليل البيانات باستخدام أدوات التصور مثل الكتل Scope.
😀 يتم استخدام دالة التحكم PID لضبط محرك النظام ليحافظ على اللوحة الشمسية موجهة نحو الشمس.
😀 خلال التجربة، تم استخدام بيانات حقيقية لموقع الشمس لمدة 15 ساعة لاختبار النظام وتجربة فعاليته.
😀 سيميولينك يدعم توليد الكود بشكل تلقائي ليتم نشره مباشرة إلى الأجهزة لتطبيق النماذج على أنظمة فعلية.
😀 تعلم سيميولينك يتم من خلال التفاعل مع البرنامج باستخدام أدوات مثل Simulink Onramp لتعلم الأساسيات بسرعة.

Q & A

ما هو Simulink وما الهدف من استخدامه؟
-Simulink هو بيئة رسومية لنمذجة الأنظمة الديناميكية، وهي الأنظمة التي تتغير بمرور الوقت. يهدف Simulink إلى تسهيل المحاكاة وتوفير الوقت للمستخدمين للتركيز على تصميم الأنظمة الهندسية مثل المركبات المستقلة أو الروبوتات الجراحية.
كيف يمكننا تصميم نظام تتبع الألواح الشمسية باستخدام Simulink؟
-يمكن تصميم نظام تتبع الألواح الشمسية في Simulink عن طريق نمذجة الألواح والمحرك أولاً، ثم إضافة جهاز تحكم لضبط الزاوية بحيث تظل الألواح الشمسية موجهة نحو الشمس. يتم استخدام معادلات الحركة الفيزيائية للمكونات لتحديد التسارع، السرعة، والموقع.
كيف يتم استخدام وحدة التكامل (Integrator) في Simulink؟
-تستخدم وحدة التكامل (Integrator) لحساب السرعة والموقع بناءً على التسارع. حيث أن تكامل التسارع يعطي السرعة، وتكامل السرعة يعطي الموقع. تعتبر هذه الوحدة أساسية في نمذجة المعادلات التفاضلية في Simulink.
ما هي عملية تعديل قيمة KD و J في Simulink؟
-يتم تعديل قيم المتغيرات مثل KD (معامل التخميد) و J (العزم) باستخدام وحدات المكسب (Gain). يمكن تعريف هذه القيم في مساحة العمل الخاصة بـ MATLAB باستخدام متغيرات ثم ربطها بالنموذج في Simulink.
كيف يتم مراقبة الإشارات في Simulink أثناء المحاكاة؟
-يمكن مراقبة الإشارات في Simulink باستخدام وحدة Scope، التي تعرض الإشارات المرسلة عبر النموذج. يتم توصيل وحدة Scope بالإشارة المراد مراقبتها مثل الإشارة التي تمثل الزاوية أو السرعة.
ما هو دور وحدة التحكم (Controller) في نموذج تتبع الألواح الشمسية؟
-وحدة التحكم مسؤولة عن ضبط الجهد الكهربائي الذي يغذي المحرك بحيث تبقى الألواح الشمسية موجهة بشكل صحيح نحو الشمس. يتم استخدام التحكم التناسبي والتكاملي (PI Controller) لتقليل الخطأ بين وضعية الألواح الشمسية ووضعية الشمس.
ما هي وظيفة جهاز PID في Simulink؟
-جهاز PID في Simulink هو جهاز تحكم يستخدم لموازنة الأخطاء بين القيم الفعلية والمستهدفة في الأنظمة الديناميكية. يستخدم التحكم التناسبي (P) والتحكم التكاملي (I) لتصحيح الأخطاء في الوضعية.
كيف يمكن استبدال المدخلات الثابتة (مثل وحدة Step) ببيانات حقيقية في Simulink؟
-يمكن استبدال المدخلات الثابتة ببيانات حقيقية من خلال استيراد بيانات الحركة الفعلية للشمس إلى نموذج Simulink باستخدام ملف بيانات يحتوي على معلومات الوقت ووضع الشمس. يتم بعد ذلك ربط هذه البيانات بالنموذج من خلال واجهات الاستيراد في إعدادات النموذج.
ما هو الفرق بين استخدام وحدة PI ووحدة PID في التحكم؟
-وحدة PI تستخدم فقط المكونات التناسبية والتكاميلية للتحكم في النظام بينما وحدة PID تشمل أيضاً المكون التفاضلي الذي يساعد في الاستجابة السريعة للتغيرات السريعة في الأخطاء. في حالة تتبع الألواح الشمسية، يمكن الاكتفاء بوحدة PI لأن الشمس تتحرك بشكل ثابت.
كيف يمكن تحسين نموذج تتبع الألواح الشمسية باستخدام Simscape وStateflow؟
-يمكن تحسين النموذج باستخدام Simscape لنمذجة الأنظمة الميكانيكية والكهربائية دون الحاجة لكتابة المعادلات التفاضلية. كما يمكن استخدام Stateflow لإضافة منطق للمساعدة في جعل الألواح الشمسية ذكية، مثل الرجوع إلى الشرق في نهاية اليوم أو تعديل الوضعية في حالة حدوث تغييرات في الظروف.