نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB

سه شنبه ۲۰ تیر ۱۴۰۲
بازدید ۵۴۱ نفر
سعید سیفی زاده
(5 امتیاز از 1 رای)
Loading...

تصویر monitoring-control-water-tank-simulink-matlab_5726_1 نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB

نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB

در این بخش آموزش اجرای شبیه سازی نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB را قرار داده ایم که در ادامه توضیحاتی از معرفی مدل ارائه شده و سپس به جزئیات مدل پرداخته می شود.

معرفی آموزش

این آموزش نحوه ایجاد یک مدل سیمولینک از یک سیستم مخزن آب و ایجاد یک داشبورد برای نظارت و کنترل سیستم را نشان می دهد. سیمولینک یک محیط بلوکی برای شبیه سازی چند منظوره و طراحی مبتنی بر مدل است. این آموزش کوتاه و مختصر که از مثال های آماده خود نرم افزار MATLAB است، با ایجاد یک مدل سیمولینک از سیستم مخزن آب شروع می شود که شامل چندین اجزاء مانند پمپ، مخزن و شیر است. این مدل با پارامترهایی مانند حجم مخزن و نرخ جریان پمپ پیکربندی می شود. بعد از آن، با استفاده از بلوک داشبورد سیمولینک، یک داشبورد ایجاد می شود که به کاربران امکان مشاهده و کنترل پارامترهای سیستم در زمان واقعی یا بلادرنگ (real time) را می دهد. داشبورد شامل چندین شاخص و نشانگر است که اطلاعاتی مانند سطح مخزن، نرخ جریان پمپ و موقعیت شیر را نمایش می دهند. در نهایت، این آموزش نحوه اجرای شبیه سازی و تعامل با داشبورد برای مشاهده رفتار سیستم و انجام تنظیمات بر روی پارامترهای سیستم را نشان می دهد. به طور کلی، این آموزش مثالی عملی از نحوه استفاده از سیمولینک برای مدل سازی و شبیه سازی سیستم های پیچیده و نحوه استفاده از یک داشبورد برای نظارت و کنترل رفتار سیستم را ارائه می دهد.

مدل سیمولینک

مدل سیمولینکی که در این آموزش ساخته می شود، یک سیستم مخزن آب را نمایش می دهد. این سیستم شامل یک مخزن آب، یک پمپ و یک شیر است که با هدف حفظ سطح آب در مخزن، به یکدیگر متصل شده اند. برای ساخت این مدل، ابتدا باید اجزاء سیستم را به صورت بلوک های سیمولینک در محیط کاری سیمولینک قرار داد. در اینجا بلوک هایی مانند Constant، Gain، Sum، Integrator، Switch و Scope برای ساخت مدل استفاده می شوند. هر بلوک نقش خاص خود را در مدل ایفا می کند و با تنظیم پارامترهای مربوطه، وظایف مختلفی را بر عهده دارد. برای مثال، بلوک Constant برای تعریف مقدار ثابت، بلوک Gain برای ضرب یک مقدار در ورودی، بلوک Sum برای جمع دو ورودی، بلوک Integrator برای انتگرال گیری و بلوک Switch برای تعیین شرایط پردازش و نتیجه گرفتن در اجرای مدل استفاده می شوند. بلوک Scope نیز برای نمایش سیگنال های خروجی مدل در یک نمودار استفاده می شود.

داشبورد داشبورد برای نظارت و کنترل

پس از ساخت مدل، مقادیر پارامترهای مدل مانند حجم مخزن، نرخ جریان پمپ و نرخ تخلیه مخزن تعیین می شوند. سپس یک داشبورد ساخته می شود که شامل چندین شاخص و نشانگر است و به کاربر اجازه می دهد تا پارامترهای سیستم را به صورت بلادرنگ نظارت و کنترل کند. برای مثال، شاخص Level میزان سطح آب در مخزن را نشان می دهد و شاخص Pump Flow نرخ جریان پمپ را نمایش می دهد. در انتها، با اجرای شبیه سازی، می توان با تعامل با داشبورد، رفتار سیستم را مشاهده کرد و در صورت نیاز، پارامترهای سیستم را تغییر داد. در این آموزش، به کمک داشبورد می توان با تغییر مقدار پارامترهایی مانند نرخ جریان پمپ یا موقعیت شیر، سطح آب در مخزن را حفظ کرد و یا آن را کاهش و افزایش داد.

کاربرد سیمولینک و ساخت داشبورد

استفاده از سیمولینک و داشبوردها برای مدل سازی، نظارت و کنترل سیستم های پیچیده، در بسیاری از صنایع مانندصنایع خودروسازی، هوافضا، صنایع نفت و گاز، الکترونیک و … مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این ابزارها، می توان مدل های پیچیده، جامع و دقیقی از سیستم های مختلف ساخت و با تغییر پارامترها و شرایط، رفتار سیستم را بررسی کرد. همچنین، با استفاده از داشبورد، می توان پارامترهای سیستم را به صورت بلادرنگ نظارت و کنترل کرد و در صورت نیاز، تغییراتی در سیستم ایجاد کرد.

مراحل اجرای شبیه سازی

این شبیه سازی از مثل های آماده خود نرم افزار MATLAB است که شما می توانید با تایپ دستور زیر در پنجره کامنت متلب آن را اجرا کنید:

openExample('sldrt/WaterTankModelWithDashboardExample')

1	openExample('sldrt/WaterTankModelWithDashboardExample')

اجرای مدل در حالت اتصال IO

در صورت نیاز برای جابجایی به حالت اتصال IO در برگه Desktop Real-Time گزینه Mode و Connected IO را انتخاب کنید.
برای شروع اجرای بلادرنگ، روی Run in Real-Time کلیک کنید.
مقادیر جریان ورودی و شیر خروجی را با استفاده از کنترل های داشبورد تغییر دهید و نتایج را روی اندازه گیر های داشبورد مشاهده کنید.

اجرای مدل حالت Kernel Mode

برای تغییر به اجرا در حالت کرنل، در برگه Desktop Real-Time گزینه Mode و Run in Kernel را انتخاب کنید.
برای شروع اجرای بلادرنگ، روی Run in Real-Time کلیک کنید. اجرای مدل ساخته شده در حالت هسته (کرنل) شروع می شود.
مقادیر جریان ورودی و شیر خروجی را با استفاده از کنترل های داشبورد تغییر دهید و نتایج را روی اندازه گیر های داشبورد مشاهده کنید.

باز کردن مدل

open_system(fullfile(matlabroot,'toolbox','sldrt','sldrtexamples','sldrtex_dashboard'));

1	open_system(fullfile(matlabroot,'toolbox','sldrt','sldrtexamples','sldrtex_dashboard'));

تصویر monitoring-control-water-tank-simulink-matlab_5726_2 نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB

زیر سیستم و ثبت سیگنال

در این مرحله زیر سیستم را باز کنید و سیگنال های علامت گذاری شده برای ثبت سیگنال را ببینید.
برای این کار روی زیرسیستم دینامیک مخزن دوبار کلیک کنید.
سیگنال های سطح آب، جریان خروجی و سیگنال جریان سربار با استفاده از شبیه سازی داده ها، برای نگهداری و ثبت شدن در بررسی گر داده های شبیه سازی تعیین شده اند.

تصویر monitoring-control-water-tank-simulink-matlab_5726_4 نظارت و کنترل بلادرنگ سیستم مخزن آب با سیمولینک MATLAB