UNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADASCURSO ESPECIAL DE GRADO

Uso de Simulink en Controladores

Tutor: Ing. Edgar Goncalvez

Equipo RTUFabiana Fajardo C.I:18.272.043Daniela Ochoa C.I:18.825.224

Maturín, Octubre del 2014

INDICE

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................3

MARCO TEÓRICO.........................................................................................................................4

Matlab

Usos de Matlab

Simulink

Creación de un Modelo en Simulink

Las librerías principales de SIMULINK

DISCUSIÓN.....................................................................................................................................9

CONCLUSIÓN...............................................................................................................................10

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................11

INTRODUCCIÓN

La teoría de control pretende resolver la regulación de sistemas reales, para

ello es fundamental plantear modelos y diseñar controladores. Dichos modelos y

controladores deben ser validados para comprobar su comportamiento antes de

plantear una implementación real. Esta validación se realiza mediante

simulaciones para diferentes condiciones, es por ello necesario tener claro que

significa simular en este campo. Simular sistemas es resolver las ecuaciones que

modelan sistemas y controladores durante un periodo de tiempo y para unas

condiciones determinadas. Utilizar una buena herramienta de simulación es

importante para obtener resultados de forma fácil y rápida. Esta guía presenta el

software Simulink que es una herramienta que se utiliza por un gran número de

colectivos para realizar tareas de simulación de modelos y controladores

avanzados.

El programa Simulink presenta ventajas frente a otros programas

matemáticos que podrían ser también utilizados para resolver las ecuaciones de

los sistemas, tales como un entorno interactivo y un conjunto de librerías con

bloques personalizables que permiten simular, implementar y probar una serie de

sistemas variables con el tiempo. Además Simulink está integrado en Matlab y por

ello es posible tener acceso a una amplia gama de herramientas que permiten

desarrollar algoritmos, analizar y visualizar simulaciones.

MARCO TEÓRICO

Para hablar de Simulink, es necesario primero definir Matlab. Matlab es un

programa de gran aceptación en ingeniería destinado realizar cálculos técnicos

científicos y de propósito general. En él se integran operaciones de cálculo,

visualización y programación, donde la interacción con el usuario emplea una

notación matemática clásica.

Los usos y aplicaciones típicos de Matlab son:

Matemáticas y cálculo.

Desarrollo de algoritmos.

Adquisición de datos.

Modelado, simulación y prototipado.

Análisis y procesado de datos.

Gráficos científicos y de ingeniería.

Desarrollo de aplicaciones.

La gestión de complementos de Matlab se realiza mediante lo que se

denominan toolboxes (paquetes de herramientas). Un Toolbox de Matlab es un

conjunto de funciones y algoritmos de cálculo especializados en un área de

conocimiento: finanzas, tratamiento de señales, teoría de sistemas, etc.

SIMULINK

El programa de MathWorks para simulación (modelización y análisis) de

sistemas dinámicos no lineales fue presentado en 1990, con el nombre de

SIMULAB para computadoras personales y con el nombre de SIMULINK para

estaciones de trabajo. Su aparición estuvo unida a la primera versión de MATLAB

para Windows. Desde mayo de 1994, que está disponible la versión 1.3,

SIMULINK tiene un tratamiento similar a los otros Toolboxes de MATLAB, en el

sentido que se instala de forma separada, pero sigue siendo la mejor herramienta

para aprovechar toda la potencia de MATLAB y de los otros "Toolboxes".

Simulink es una herramienta interactiva para modelar, simular y analizar

sistemas dinámicos. Nos permite construir diagramas de bloque gráficos, evaluar

el rendimiento del sistema y refinar sus diseños. Simulink está firmemente

integrado con Stateflow para modelar comportamiento even-driven. Simulink es la

herramienta a escoger para el diseño de sistemas de control, diseños DSP,

diseños de sistemas de comunicaciones y otras aplicaciones de simulación. Como

una extensión de Matlab, Simulink adiciona muchas características específicas a

los sistemas dinámicos, mientras conserva toda la funcionalidad de propósito

general de Matlab. Así Simulink no es completamente un programa separado de

Matlab, sino un anexo a él. El ambiente de Matlab está siempre disponible

mientras se ejecuta una simulación en Simulink.

Simulink tiene dos fases de uso: la definición del modelo y el análisis del

modelo. La definición del modelo significa construir el modelo a partir de

elementos básicos construidos previamente, tal como, integradores, bloques de

ganancia o servomotores. El análisis del modelo significa realizar la simulación,

linealización y determinar el punto de equilibrio de un modelo previamente

definido.

Para simplificar la definición del modelo Simulink usa diferentes clases de

ventanas llamadas ventanas de diagramas de bloques. En estas ventanas se

puede crear y editar un modelo gráficamente usando el mouse. Simulink usa un

ambiente gráfico lo que hace sencillo la creación de los modelos de sistemas.

Después de definir un modelo este puede ser analizado seleccionando una opción

desde los menús de Simulink o entrando comandos desde la línea de comandos

de Matlab.

Simulink puede simular cualquier sistema que pueda ser definido por

ecuaciones diferenciales continuas y ecuaciones diferenciales discretas. Esto

significa que se puede modelar sistemas continuos en el tiempo, discretos en el

tiempo o sistemas híbridos.

Simulink usa diagramas de bloques para representar sistemas dinámicos.

Mediante una interfase gráfica con el usuario se pueden arrastrar los componentes

desde una librería de bloques existentes y luego interconectarlos mediante

conectores y alambre.;

Creación de un Modelo en Simulink

Para simular un sistema, se deben insertar en las ventanas de simulación

los distintos componentes con los que se va a construir el modelo. Se pueden

seguir los siguientes pasos:

1. Crear un nuevo modelo: Para abrir una nueva ventana de simulación se

debe pulsar el botón “nuevo modelo”

2. Buscar un bloque: Se puede buscar un bloque expandiendo el árbol de la

biblioteca o buscándolo directamente por su nombre en la ventana de

búsqueda. En este caso, si hay más de un bloque que pueda corresponder

a ese nombre, irán apareciendo a medida que se pulse la tecla “enter”.

3. Situar un bloque: Para situar un bloque, se mantiene pulsado el botón

izquierdo del ratón sobre el icono en forma de rombo que hay junto al

nombre del bloque y se arrastra hacia la posición deseada en la ventana de

simulación.

4. Conectar bloques: En cada bloque, los puntos de salida aparecen indicados

mediante una flecha saliente del bloque “|>”, mientras que los puertos de

entrada a cada bloque se indican con una flecha entrante al mismo “>|”. Se

conecta la entrada de un bloque a la salida de otro, manteniendo pulsado el

botón izquierdo del ratón mientras se arrastra desde el símbolo de entrada

de uno de los bloques hasta el de salida de otro o viceversa.

5. Crear una bifurcación: Si se desea llevar la salida de un bloque a la entrada

de más de uno se necesita crear una bifurcación en la conexión. Para

hacerlo, se arrastra con el ratón desde la entrada del nuevo bloque a

conectar hasta la línea de la conexión que se va a bifurcar.

6. Modificar los bloques: Se pueden rotar o aplicar simetrías a los bloques

usados, según convenga la colocación de entradas/salidas para el

esquema que se esté realizando pulsando sobre él el botón derecho del

ratón y utilizando los menús desplegables o mediante la opción “Formar”

del menú principal (“Formar/Flip Block”, “Formar/Rotate Block”, etc.).

también mediante los menús o haciendo doble click sobre el bloque, se

pueden modificar sus parámetros.

7. Inserción de textos: Se puede incluir un texto aclaratorio o informativo en

cualquier parte de la ventana del modelo, haciendo doble click en una zona

libre y escribiendo directamente el texto.

Las librerías principales de SIMULINK son:

Sources (fuentes): Sirven para generar todo tipo de señales.

Sinks (sumideros): Se usan como salida o para visualizar la señal.

Discrete: elementos de sistemas lineales y en tiempo discreto (funciones de transferencia, diagramas de espacio-estado)

Linear: elementos y conexiones para sistemas lineales y en tiempo contínuo (sumadores, multiplicadores).

Nonlinear: operadores no lineales (funciones arbitrarias, saturación, retrasos).

Connections: Multiplexores, Demultiplexores, etc. Además, existen una

gran cantidad de Demos y de funciones complementarias.

DISCUSIÓN

Para poder utilizar el programa Simulinkr correctamente es importante estar

familiarizado con las ventanas y las herramientas. Al programa Simulink se accede

a través del programa Matlab. Debe ser aclarado que simular un sistema significa

resolver unas ecuaciones que describen un sistema real o un controlador durante

un periodo de tiempo, por lo que el tiempo de simulación es el periodo total de

tiempo para el cual el programa resuelve las ecuaciones, siendo por lo tanto un

parámetro que debe ser elegido adecuadamente para poder analizar y representar

correctamente los resultados simulados.

Herramientas como Matlab y Simulink son de gran ayuda en el campo

industrial ya que permiten conocer el comportamiento de un sistema antes de su

implementación, con lo cual se evitan riesgos financieros y humanos importantes.

Para simplificar la definición del modelo Simulink usa diferentes clases de

ventanas llamadas ventanas de diagramas de bloques. En estas ventanas se

puede crear y editar un modelo gráficamente usando el mouse. Simulink usa un

ambiente gráfico lo que hace sencillo la creación de los modelos de sistemas.

Después de definir un modelo este puede ser analizado seleccionando una opción

desde los menús de Simulink o entrando comandos desde la línea de comandos

de Matlab.

CONCLUSIÓN

Simulink es un paquete para utilizar con MATLAB para modelar, simular y

analizar sistemas dinámicos. Su entorno de modelado gráfico usa los familiares

diagramas de bloques, de forma que los sistemas ilustrados en el texto se pueden

implementar fácilmente. Su facilidad de uso y poderosa capacidad han hecho que

Simulink sea la opción elegida por miles de ingenieros, profesores y estudiantes

en la industria y en el mundo académico.

La extensa librería de Simulink, las herramientas analíticas y su arquitectura

extensible combinan perfectamente con Matlab para proporcionar un entorno de

simulación ultimado. La librería de bloques proporciona centenares de funciones

predefinidas para la creación de modelos de diagramas-bloque de sistemas

lineales, no lineales, de tiempo discreto, tiempo continuo, híbrido, SISO, SIMO y

sistemas multitarea, de forma que cada usuario pueda crear sus propios bloques

modificando los ya existentes o incorporando código Matlab, C o Fortan.

Las operaciones de modelado y simulación se controlan de forma

interactiva mediante menús desplegables o empleando la línea de comando

Matlab para simulaciones en modo batch. La librería no lineal incluye un

complemento completo de componentes no lineales para modelar un

comportamiento como sistema de mundo real. Los modelos Simulink múltiples y

las capas establecidas de la jerarquía pueden permanecer abiertos

simultáneamente, facilitando así las operaciones de edición de bloques y de corte-

pegado.

BIBLIOGRAFÍA

RUBIO, Alicia. Manual de Simulink para la asignatura de teoría de sistemas.

Escuela Superior de Ingenieros. Depto. de Ingeniería de sistemas y Automática.

Universidad de Sevilla. Marzo de 2009.

ARACIL, Javier. Introducción a Matlab y Simulink. 2006. Documento

en línea disponible en: www.esi2.us.es/~fabio/apuntes_matlab.pdf