آموزش Simulink و Simscape؛ مسیرهای کاربردی MathWorks

بیشتر کاربردهای پیشرفته روی چند مهارت پایه بنا می‌شوند: ساخت آرایه، انتخاب بخشی از داده، اجرای تابع و دیدن نتیجه روی نمودار. شکل، ارتباط ماتریس، محاسبه و نمایش خروجی را نشان می‌دهد. در MATLAB تفاوت عملگر ماتریسی و عملگر عضو‌به‌عضو اهمیت دارد؛ یک کد بدون خطا هم می‌تواند محاسبه‌ای متفاوت از قصد شما انجام دهد. اندازه متغیرها را بعد از هر مرحله بررسی کنید و ابتدا یک نمونه کوچک با پاسخ معلوم بسازید. این عادت در یادگیری شبکه عصبی، پردازش تصویر و مدل‌سازی فیزیکی هم مفید است.

مدل بلوکی را از مسیر سیگنال بخوانید: ورودی از کجا می‌آید، در هر بلوک چه عملی انجام می‌شود و خروجی کجا دیده می‌شود؟ شکل، یک ورودی، بهره و انتگرال‌گیر را نشان می‌دهد. تغییر بهره با تغییر ثابت زمانی یا مدت شبیه‌سازی یکی نیست. مقدار اولیه، حل‌گر و زمان نمونه‌برداری نیز بخشی از تعریف آزمایش‌اند. پیش از ساخت مدل بزرگ، یک ورودی ساده اعمال کنید و پاسخ مورد انتظار را روی کاغذ تخمین بزنید؛ سپس اختلاف خروجی مدل با انتظار را دنبال کنید.

در شبکه فیزیکی، اتصال‌ها فقط مسیر انتقال عدد نیستند؛ اجزا باید با قوانین بقای حوزه مربوط سازگار باشند. در مدل جرم، فنر و دمپر شکل، نیرو و حرکت به هم وابسته‌اند. پارامترهایی مانند جرم، سختی و میرایی را با واحد درست وارد کنید و نقطه مرجع و شرایط اولیه را مشخص نگه دارید. مدل فیزیکی و بخش سیگنال می‌توانند به هم متصل شوند، اما مرز آن‌ها باید روشن باشد. بررسی انرژی و علامت نیروها اغلب از اضافه‌کردن بلوک‌های بیشتر برای رفع خطا مفیدتر است.

گاهی پاسخ سیستم فقط به ورودی فعلی وابسته نیست و باید وضعیت قبلی را هم به یاد داشته باشد. دو حالت روشن و خاموش در شکل با شرط‌های متفاوت به هم وصل شده‌اند؛ این فاصله بین شرط‌ها از تغییر مکرر حالت در نزدیکی یک مرز جلوگیری می‌کند. برای هر گذار، شرط، زمان ارزیابی و رفتار روی مقدار مرزی را مشخص کنید. سپس دنباله‌ای از ورودی‌ها را قدم‌به‌قدم دنبال کنید. نمودار مرتب، جای تعریف دقیق حالت شروع و شرط‌های انتقال را نمی‌گیرد.

کنترل بازخوردی، خروجی را با مرجع مقایسه می‌کند و بر اساس خطا فرمان می‌سازد. در شکل، پاسخ‌های نمونه نشان می‌دهند سریع‌ترشدن پاسخ ممکن است با فراجهش بیشتر همراه باشد. سه جزء PID نقش یکسان ندارند: بخش تناسبی به خطای فعلی، انتگرالی به انباشت خطا و مشتقی به نرخ تغییر آن واکنش نشان می‌دهد. تغییر ضرایب را با یک معیار روشن مثل فراجهش یا زمان نشست دنبال کنید. اشباع عملگر و نویز اندازه‌گیری نیز می‌توانند رفتار مدل واقعی را با حالت ایده‌آل متفاوت کنند.

مدل چندجسمی از اجسام، چارچوب‌های مختصات و مفصل‌ها ساخته می‌شود. شکل یک بازوی دوبخشی صفحه‌ای است تا اثر زاویه مفصل بر جای نوک بازو روشن شود. در محیط سه‌بعدی نیز باید محل اتصال و جهت محورها را دقیق تعریف کنید؛ خطای یک چارچوب می‌تواند کل حرکت را تغییر دهد. ابتدا درجه‌های آزادی و وضعیت مرجع را بشناسید و سپس حرکت یا گشتاور ورودی را اعمال کنید. هندسه زیبا به‌تنهایی تضمین نمی‌کند جرم، اتصال‌ها و جهت نیروها درست تعریف شده‌اند.

در مدار، انتخاب مرجع ولتاژ و جهت جریان از همان ابتدا ضروری است. مدار RC شکل نشان می‌دهد که خروجی یک خازن پس از تغییر ورودی، فوراً به مقدار نهایی نمی‌رسد. مقاومت و ظرفیت، مقیاس زمانی پاسخ را تعیین می‌کنند. هنگام کار با شبکه فیزیکی، واحدها و مقدار اولیه خازن را کنار اتصال اجزا ثبت کنید. اگر پاسخ غیرمنتظره بود، پیش از عوض‌کردن حل‌گر، جهت اندازه‌گیری و مرجع مدار را بررسی کنید.