本帖最后由 史上最强 于 2012-8-10 21:27 编辑
下面我来介绍关于系统如何构建。
对于一般的Simulink建模方法可以分为两类。
第一类是首要原则法，就是根据系统的物理意义构造微分方程，得到状态方程后，利用Simulink里自带的乘法和加法器进行模块构建，或者直接用状态方程模块分别写入A，B，C，D四个矩阵得到系统。还有一种方法是利用Simulink里面自带的Simscape物理建模平台，里面有基本的建立机械系统，动力传动系统和机械和电子系统的模块搭建系统。最后一种就是搭建CAD模型，利用SimMechanics把CAD模型转换成MATLAB模块进行系统的搭建。
所以这种方法需要玩家的数学功底比较强，知识面广阔。
第二类是数据驱动法，利用MAtLAB系统辨识工具箱，根据实测数据反推系统的方程，从而达到建模目的。
这种方法的首要前提是要有搭建好的物理模型进行测试。
还有一个工具叫SimulinkDesign Optimization，根据实测数据调节首要原则法建立的模型中不准确的参数。 从这里我们很快就能发现LEGO最大的优点就是很快的建立好物理模型，利用蓝牙传送被测的物理量。所以利用系统辨识工具箱可以很快建立出模型。下面我对系统辨识工具箱的应用进行讲解。
在讲解之前，首先我们对这次建模利用的Simulink模块进行介绍。
首先是SignalBuilder模块，如图1所示。打开模块的设置界面，可以方便地通过GUI（用户交互式）界面画出任意需要的波形，如图2所示。波形的输入可以通过手动的修改波形，也可以通过Excel导入的形式输入到模块内。这个模块的意义就是写入测试数据，这个就是数据驱动法的首要条件。当然在以后的设计中，当我们得到了系统，建立模型进行测试的时候不是通过上NXT进行测试，而是经过Simulink仿真，所以我们经常要写一些测试数据，所以这个模块的意义也变得十分重要。在MATLAB帮助文件里面也经常会看见这个模块的出现。
然后是LEGO MINDSTORMSNXT模块，如图3所示。中两个指轮状的就是电机模型，一个是角度传感器，返回的是电机转动的角度，一个是电机模块，输入是电机的速度[-100,100]之间。
接着是差分模块，如图4所示。顾名思义通过模块得到上一次的值与这一次值的差值，例如角度传感器输入进去后，输出的就是角速度。
最后是输出模块，如图5所示。这个模块可以把输出结果，放入MATLAB的工作空间中，以便进行数据处理。举个例子说明工作空间的意思，你在写C语言的时候如果想看某些变量数值的时候是比较麻烦的，但是在MATLAB把变量的数值放在工作空间中，能像Excel一样的观看数值，而且可以画出图像等等，十分方便。
下面开始建立Simulink模型如图6所示。输入是角速度，输出是反馈回来的角速度，也可以反馈是角度值。
其中SignalBuilder如图7所示。我是利用Excel导入进Signal Builder中的，如图8所示。
这样我们就可以点Tool->Runon Target HardWare->Run就可以编译下载到NXT中了 最后得到一个结构体，数据经过提取Time和得到的角速度建立矩阵out，再把输入值建立矩阵in，格式是第一列是时间，第二列是角速度。
在MATLAB中输入Ident打开系统辨识工具箱。点Importdata，如图9所示，选择Time-Domain Signals时域信号，并填入图10所示的参数。
点击Estimate选择Quick Start。如图11所示。我们发现arxqs拟合度为91.82比较好。吧arxqs拖动到ToWorkspace中，这样我们的系统就建立完毕了。
下面开始讲如何应用系统，建立如图12所示的模型。其中LTISystem模块参数修改为arxqs，就可以把模型输入到系统中了。
可能大家还会对PID算法中系数的选取有些迷茫，即使是图形化界面也会因为种种原因选择不好最佳的参数，在下一次体验中我会介绍MATLAB最令人振奋的工具箱，可以自动帮你选定PID参数。
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发表于 2012-8-10 20:37:20
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