基于SIMULINK/SIMSCAPE的计算机控制系统仿真实验平台

为了解决计算机控制系统课程硬件实验成本高、效率低,而单纯数字仿真缺乏形象性等问题,提出了一种基于物理模型的仿真实验平台设计方法,其中被控电路系统用SIMSCAPE提供的物理模型模块构建,计算机系统用SIMULINK模块库中的触发子系统配合一定的程序来实现,模拟计算机周期性采样、迭代计算差分方程的过程。以二阶电路系统的最少拍控制仿真实验台为例,介绍了仿真系统设计过程,并分析了仿真实验平台运行的准确性。结果表明,作为硬件实验前的有效补充,在仿真实验台上的仿真实验过程与实际硬件实验过程一致,可极大激发学生的实验兴趣,提高实验效率。

基于MATLAB/Simulink/SimScape的无刷直流电机的建模与仿真

在研究控制系统的仿真建模中,对于无刷直流电机(BLDCM)这一有重要功能的准确建模显得至关重要。为了验证电机参数选择的合理性,本文基于MATLAB/Simulink平台,从BLDCM模型入手,借助于SimScape来建立电机模型,采用单环速度控制,从实验和仿真两个方面,结果表明两者符合的较好,验证了模型建立的准确性和可靠性,为后续建模方法提供了可借鉴方法。

基于Simscape的驱动系统预充电系统仿真研究

为了使预充电系统具有较高的稳定性,文章以长春大学FCC车队大学生电动方程式赛车为研究对象,使用MATLAB/Simulink中Simscape模型库搭建预充电控制策略模型、预充电电路、预充电阻热模型、放电回路模型,并分析直流转直流(DC/DC)电源上电时对驱动系统预充的影响。结果表明,预充时间大于0.5 s后电容端电压基本不变,DC/DC电路上电时,预充监测时间为0.7 s,上电成功稳定性较高。最后进行实车验证,实车测试结果与仿真结果一致,预充电系统具有一定的合理性与准确性。

基于Simscape的APA-EPS系统建模及人机共驾转向控制策略研究

人机共驾是智能车辆实现高度自动驾驶之前的过渡阶段,由于驾驶员与驾驶辅助系统同时在环,存在驾驶权分配的问题,智能车辆的转向系统必须实时敏捷地执行驾驶员和驾驶辅助系统的转向控制指令。本文针对搭载于某智能MPV的平行轴式电动助力转向系统(APA-EPS)研究人机共驾转向控制策略。首先对APA-EPS系统进行Simscape建模,并通过台架试验验证了模型的准确度。随后基于模糊PID控制算法和模糊滑模控制算法分别设计了人驾和机驾模式下的控制策略。在驾驶员主导驾驶车辆时,根据距离影响度函数和角度影响度函数确定转向控制权重;在驾驶辅助系统主导驾驶车辆时,采用滑动时间窗口监测驾驶员的接管请求。仿真试验结果表明,人驾和机驾的控制策略均具有较好的转角跟随效果,人机共驾时转向控制权能够及时进行切换,且APA-EPS的转向盘转角响应迅速。

基于CarSim/Simulink的计算机控制系统综合实验设计

针对计算机控制系统课程中控制算法设计与仿真实现,设计了基于CarSim/Simulink的控制综合实验方案。以4轮独立驱动小车为对象,要求学生熟悉其基本工作原理,并在非线性动力学模型基础上,进行局部线性近似,设计反馈控制器,模拟小车控制。使用CarSim仿真软件可直观地模拟调整4轮独立驱动小车的质量、质心位置和转动惯量等,实现个性化选择,搭建车辆模型;与Simulink接口互通,在Simulink中完成控制算法。实验设计旨在使学生夯实计算机控制系统的理论基础,并逐步过渡到控制工程,理论联系实际,培养其解决复杂工程问题的能力。

电动助力转向系统Carsim-Simulink联合仿真控制研究

电动助力转向系统作为电动汽车的主流配置,其性能好坏对整车转向操纵稳定性能有重要影响。以某款自主品牌电动汽车EPS系统为研究对象,进行动力学分析并依次建立Simulink子系统模型。根据实车参数,设计直线型助力特性曲线并输入前述模型,最终建立Carsim/Simulink联合仿真运动学模型并开展国标操纵稳定性仿真试验。结果表明:在方向盘转向角脉冲和角阶跃试验中,较无EPS助力控制车型,有EPS助力控制车型具有良好的车辆瞬态响应度和操纵稳定性;在转向轻便性试验中,验证本款车型助力特性合理,车辆具有较好的助力效果。

基于Simscape的呼吸机系统建模与仿真

提出一种基于Simscape的Simulink仿真模型,用于模拟呼吸机容量控制通气和压力控制通气这2种典型模式。通过对呼吸机系统关键部件的研究,根据呼吸机的气动方案,在现有Simscape元件基础上,建立呼吸机系统Simulink仿真模型,主要包含呼吸机系统的气动回路及涡轮风机、比例阀、止逆阀、泄压阀等气动元件。仿真实验中,肺模型气道压力、吸气/呼气流量、潮气量的监测结果表明,呼吸机系统模型可以准确有效地反映呼吸机与患者肺部的相互作用,可用于模拟机械通气。

基于Simscape的工业汽轮机建模与结垢故障的仿真

结垢故障是工业汽轮机运行中的常见故障,对汽轮机的性能、安全性有着重大的影响。为了研究结垢的原因、过程以及影响因素,模拟结垢的产生,利用Simscape语言对汽轮机通用模块进行了修改,重构了朗肯循环模型,并对模型正确性进行了验证。以此进行了结垢故障的仿真模拟,结果表明该模型可以对结垢的产生过程进行仿真。研究成果为后续结垢故障的检测研究提供了工具。

基于PLCSIM Advanced和Simulink的自动化生产线仿真实训平台设计

为解决自动化生产线实训线下课程实验硬件套数不足、实验时长和场地受限等问题,提升教学质量,设计了一种基于PLCSIM Advanced和Simulink的自动化生产线仿真实训平台。该仿真平台以实训设备为依托,使用Simulink搭建被控对象仿真模型,在PLCSIM Advanced仿真控制器中编写控制算法,通过应用程序接口(application programming interface,API)通信实现对象模型与控制器间数据的实时交换和仿真。以纸张张力控制设备为例,介绍了仿真实训平台搭建和实施过程。实践教学表明,该仿真平台提高了自动化生产线实训课程的教学成效,激发了学生实践学习的兴趣,提升了学生发现、解决复杂工程问题的能力,让学生深刻体会到团队合作和有效沟通的重要性。

基于Simscape物理仿真的发动机热管理系统及控制特性研究

文章基于Simscape一维物理仿真软件,使用热流体模型和热力模型分别模拟冷却液的流动和热量的传递,开发一套包括散热器、离心水泵、蓄液罐和发动机管段传热模块的发动机热管理系统仿真模型。通过修改模块代码,将单根传热管道模块改编成多管段的管带式散热器模块和发动机管段传热模块。与实验数据对比验证,模型的散热器传热系数和发动机出口水温的最大误差均不超过10%。在此模型基础上,建立水泵挡位控制和散热器风扇启停调节系统,使发动机出口温度在发动机发热量阶跃变化的情况下,上下波动不超过2 K。该研究为热管理系统一维物理仿真和控制策略研究提供了新方法。

基于Simulink与Unity3D的制导弹药弹道可视化仿真

针对制导弹药的弹道可视化仿真中,观察视角单一,场景搭建简陋,无法模拟战场环境下制导弹药在攻击中的动态过程等问题,提出一种制导弹药弹道可视化模型的搭建方法;以某型激光制导弹药为对象,基于Simulink与Unity3D软件建立了联合仿真模型,采用Matlab/Simulink软件构建六自由度弹道仿真模型,采用Unity3D搭建包括制导弹药、目标和战场环境在内的三维场景,采用UDP通信协议将Simulink中的仿真数据传输到Unity3D中,提出一种数值可视化技术,能同时观察制导弹药的飞行姿态和仿真数值结果,实现制导弹药在战场环境下的弹道可视化仿真;将制导弹药参数加载到仿真模型中,对不同状态的目标进行了模拟攻击实验,实验结果显示,该仿真模型能够多视角、全方位地显示制导弹药的飞行姿态、弹道和过载情况,对于需要修改参数以逼近实战条件下的攻击过程,每次修正都能立刻通过可视化平台查看和验证修改结果;该可视化仿真模型为制导弹药的可视化仿真提供了便利的方法,对制导弹药的设计和作战使用具有一定的参考作用。

基于MATLAB/Simulink工业机器人模糊PID阻抗控制仿真研究

针对工业机器人的控制精度与响应速度问题,提出一种基于位置的模糊PID阻抗控制算法,对机器人进行力控仿真研究,根据拉格朗日方程和Simulink仿真平台搭建六自由度工业机械臂控制仿真,对其进行正逆运动学及动力学分析,验证所提算法的有效性和适用性,结果表明该算法具有良好的控制效果,进一步降低控制过程的接触力与位置误差,提高机器人控制精度。

基于Simscape航空三级式起动/发电机建模仿真研究

基于现有航空三级式起动/发电机仿真建模方法,提出基于Simscape电力系统域的励磁机、旋转整流器和主电机统一域建模方法,给出建模过程,在所建立的子系统模型上搭建航空三级式起动/发电机从起动到发电过程的仿真系统,该系统可工作在起动状态和发电状态,实现起动到发电状态的转换。仿真结果表明,所给出的建模方法可行、建模结果正确,能够支持相关领域的仿真研究。

基于Simulink对机械臂可视化上料研究

自动上料设备可以通过现代化技术实现数据采集和分析,以优化制造流程,提高生产效率和产品质量,从而更好地实现智能制造。为了实现链板等零件的自动上料过程,文章介绍了机械臂的三维可视化人机交互平台模型的构建过程,以Gluon机械臂为分析对象,进行正运动学分析和逆运动学验证,并通过Simulink搭建了控制系统模型,实现了对Gluon机械臂的联合仿真。仿真过程中,对各关节的旋转角度、角速度以及末端执行器的齐次变换矩阵实时显示。通过验证,为后期搭建实物平台提供了可行性支撑,为进一步优化和完善系统功能奠定了基础。

电动汽车电控液压制动系统CarSim/Simulink联合仿真研究

针对某款国产电动汽车的电控液压制动系统,文章基于滑移率的比例-积分-微分(PID)控制提出了防抱死制动系统(ABS)模型,以改善车辆制动性能,提高在对开路面上的制动有效性和安全性。首先,使用Simulink软件建立液压电控制动系统的动力学模型;然后,基于滑移率设计PID控制器,并通过1/4车辆模型验证其有效性;最后,利用S函数将ABS控制器的Simulink模型输入CarSim平台中,开展CarSim/Simulink双平台联合控制仿真。结果表明,基于滑移率的PID控制的ABS对比无ABS的车辆,制动性能更加优越,在对开路面上制动稳定性更加明显。

基于Simulink和GUI的数字电路仿真实验平台设计

为满足新工科与工程认证的人才培养要求,丰富数字电子技术基础教学内容,培养开发学生的创新意识和设计能力,将Matlab应用到课程教学中。利用Matlab中GUI和Simulink仿真工具箱,开发了可视化的数字电路虚拟仿真实验平台,可以对数字电路中常见的组合逻辑电路和时序逻辑电路进行仿真。通过GUI模块建立的可视化界面控制Simulink的参数并运行Simulink仿真,把仿真结果显示在图形用户界面中,方便学生直观地观察结果和加深对理论知识的理解。

基于Simulink的提升机张力平衡装置仿真分析

提升机在矿产开采中有着重要的作用,为了探究振动、换层缠绕等因素对提升机张力平衡装置性能的影响规律,对张力平衡装置的结构及工作原理进行分析,建立了提升机张力平衡装置力学模型与提升机系统数学模型,并使用Simulink进行仿真分析,为张力平衡装置后续的优化与设计提供理论基础.

基于Simulink的单相模拟三相三段式电流保护系统建模及实验分析

基于Simulink的单相三段式电流保护的建模与仿真,在保证可靠性和选择性的前提下,强调灵敏度,力争速动性。现从Matlab的环境搭建、模型建立及实验分析三个方面分析并实践其原理。

基于Matlab/Simscape的汽车起重机变幅机构的优化与仿真

以QY100型汽车起重机变幅系统为研究对象,运用Matlab对其三铰点的位置进行了优化。根据优化结果,利用Simscape工具箱中的Simmechanics和Simhydraulics模块集建立了汽车起重机变幅系统的机械、液压联合仿真模型。仿真结果直观地反映了起重机变幅机构起升过程中的动态特性,验证了优化的合理性,为实际产品设计提供了参考依据。

基于Matlab/Simscape的自动控制原理虚拟实验平台

为了解决自动控制原理课程单纯硬件实验存在的成本高、效率低等问题,提出了一种虚拟实验平台开发方案。利用Matlab/Simscape软件提供的相应组件搭建了针对各个实验内容的实验子系统,详细地阐述了这些子系统的实现过程。最后以二阶系统的单位阶跃响应分析和频率响应特性曲线绘制为例具体介绍了实验子系统的使用方法,并用自动控制理论分析了仿真实验平台运行的准确性。结果表明,作为硬件实验前的有效补充,在虚拟实验平台上的仿真实验过程和实际硬件实验过程一致,可极大激发学生的实验兴趣,提高实验效率。