PDF de programación - Nociones de Simulink de Matlab

Manual de Prácticas
Elementos de Control


Secretaría/División: División de Ingeniería
Eléctrica



Área/Departamento: Control y Robotica

Nociones de Simulink de



Matlab

Tema Correspondiente: Uso y manejo de Simulink de Matlab


N° de práctica: 2



Nombre completo del alumno



Firma



Grupo:

N° de brigada: Fecha de elaboración:

Elaborado por:

Revisado por:

Profesor 1

Ing. Benjamín

Ramírez Hernández



Autorizado por:

Vigente desde:

Dr. Paul Rolando

Maya Ortiz

28 de noviembre de

2015



Manual de Prácticas
Elementos de Control



Área/Departamento: Control y Robótica


Secretaría/División: Ingeniería Eléctrica


1. Seguridad en la ejecución



1

Peligro o Fuente de energía

Corriente Alterna

Riesgo asociado
Choque eléctrico

2. Objetivos de aprendizaje

I. Objetivos generales: Iniciar al alumno en el manejo y uso de “Simulink” como una

herramienta de Matlab y que sirva para el análisis de sistemas dinámicos.

II. Objetivos específicos:


a) El alumno se iniciará en el manejo y uso de la caja de herramientas de “Simulink”

de “Matlab”, para el análisis de sistemas dinámicos.


b) El estudiante aprenderá mediante un ejemplo sencillo la aplicación y uso de la

herramienta Simulink de Matlab para la simulación de circuitos por bloques.



2



3. Introducción



En las diferentes áreas de la ingeniería, la simulación de sistemas y procesos se ha
convertido en una herramienta indispensable, tanto para el análisis como para el diseño de
sistemas. En la mayoría de los casos, el proceso de simulación reduce el tiempo de diseño y
permite anticipar el comportamiento de sistemas y procesos antes de su construcción,
reduciendo, por ende, el costo de desarrollo y evitando posibles desperdicios. Dichos
sistemas de simulación se construyen, en muchos casos, con programas de cómputo, donde
éstos realizan gran cantidad de cálculos numéricos. El área de control automático no es la
excepción y en ésta se hace un uso intensivo de simuladores y de programas de cálculo
numérico. De la gran variedad de programas, que pueden hacer simulaciones y cálculo
numérico intensivo, en el mercado se ha elegido a “Matlab” con varias de sus cajas de
herramientas, para las actividades de análisis y diseño de sistemas de control, debido al uso
tan extendido del mismo y al desempeño mostrado en muchas áreas de ingeniería y ciencia.




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Elementos de Control



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Por lo que, además de los análisis teóricos en la enseñanza del control automático, será
necesario mostrar al alumno el manejo adecuado de “Matlab” con el fin de complementar
su formación en lo que respecta a las soluciones numéricas y de simulación.
Simulink es un programa que funciona en el ambiente de Matlab, dicho programa cuenta
con una interfaz gráfica de usuario que permite la construcción de sistemas por medio de
diagramas de bloques o íconos. Simulink es una herramienta fácil de utilizar, debido a que
cuenta con librerías de elementos de sistemas, donde podemos encontrar: elementos de
entrada (fuentes de señales), elementos de salida (graficadores), bloques que representan a
los sistemas (boques de funciones de transferencia, o variables de estado), además de
bloques o íconos de unión. Para todos los elementos mencionados anteriormente es posible
ajustar los parámetros de los mismos, con la intención de ajustarse al sistema bajo prueba
tales como son: tiempo de inicio, tiempo de paro, método de solución de ecuaciones
diferenciales, etc. En resumen, Simulink es una herramienta poderosa para el análisis de
sistemas dinámicos. Por lo que, resulta indispensable para el estudio del control automático.

Cabe hacer mención que existen programas de software con licencia libre que permiten la
misma utilización y funcionamiento similar de Matlab y que siguen un similar protocolo de
funcionamiento tales como Scilab como el programa similar a Matlab y Scicoslab en el
entorno Simulink que pueden emplear el similar formato de utilización de Matlab o de
Simulink. La página de descarga de dichos programas
se encuentra en:
http://www.scilab.org para Scilab y http://www.scicoslab.org/ para Scicoslab similar a
Simulink.

Aspectos notables de Matlab

• Matlab es un sistema interactivo que realiza cálculos numéricos,
• Con Matlab se pueden hacer cálculos muy complejos con sólo algunos comandos.
• Matlab es un conjunto de programas que interactúan de manera eficaz para producir

soluciones confiables.

• Matlab está compuesto de un gran número de algoritmos verificados y confiables.
• Matlab, realizará por nosotros una gran cantidad de cálculos, permitiéndonos

utilizar de manera más eficaz nuestro tiempo.

• Simulink es un programa (“toolbox”) que funciona bajo el ambiente de Matlab.
• Simulink contiene un ambiente de programación gráfica



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3. Material y Equipo


“simulink””.


A) Una PC con Matlab Versión mínima 5.3 instalado con las caja de herramientas


4. Desarrollo



I. Actividad 1



En las versiones de Matlab para Windows, para iniciar el programa haga un doble clic
sobre el icono del programa. Aparecerá, entonces, la pantalla del espacio de trabajo de
Matlab, donde podrá introducir comandos. La línea de comando aparecerá como “>>”

El modelo a construir corresponde con el circuito mostrado en la Fig.1



Fig. 1 Circuito del modelo



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Para construir el primer sistema defina en el espacio de trabajo las variables; introduciendo
la siguiente línea de comando >> R=1; L=1; C=0.1; oprima enter

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Como se verá más adelante es posible pasar información desde Simulink al espacio de
trabajo y del espacio de trabajo hacia Simulink, las variables definidas en la línea de
comando anterior se utilizarán en Simulink.
Abriendo Simulink
Introduzca la siguiente línea de comando
>>simulink oprima enter

La ventana de simulink mostrada será “Simulink Library Browser” (SLB). Observe que en
dicha ventana se muestran las librerías.


II. Actividad 2. Construcción de un modelo dinámico en Simulink

a) Utilizando la siguiente ecuación diferencial construya un modelo en Simulink



5


vd
2
dt
2

c

+

R
L

dv
c
dt

1
LC

v

c

=

V
LC



+


La ecuación anterior modela un circuito eléctrico RLC conectado en serie, al que se le
aplica una fuente de voltaje constante V, mostrado en la Fig.1. Los valores de los
cv la variable que representa el voltaje en el
parámetros se representan por R, L y C, con
capacitor y V es la fuente de voltaje constante de entrada.

Para iniciar la construcción del modelo en Simulink, despejemos la derivada de mayor
orden

vd
2
c
dt
2

−=

R
L

dv
c
dt

−

1
LC

v

c

+

V
LC



Del modelo anterior se observa que es necesario integrar dos veces para obtener el voltaje
en el capacitor, es necesario hacer: dos restas, una suma y tres multiplicaciones por un
escalar (ganancias). Por lo que, necesitamos: bloques de suma (o resta), de integración y de
ganancia.

Dentro de la interface de Simulink Library Browser (SLB) seleccione el menú desplegable
“File” elija “new”, se abrirá una ventana en blanco donde se construirá el modelo. Traiga a



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primer plano la nueva ventana y la de SLB. Dé un clic en el recuadro a la izquierda de la
caja de herramientas de Simulink, deberán abrirse todas la librerías.



III. Actividad 3: Construcción utilizando bloques simples.

Introduciendo los bloques
Seleccione la opción “Sources” y de ésta elija “constant” ubicando el ratón y oprimiendo el
botón izquierdo sin soltarlo arrastre dicho bloque hasta la ventana del archivo nuevo, suelte
el botón del ratón, para dejar el bloque.

Seleccione la opción “Sinks” y elija “Scope”, arrástrelo a la ventana de archivo nuevo,
suelte el botón del ratón, para dejar el bloque. Este bloque permitirá observar la gráfica de
salida del sistema.

Seleccione la opción “Continuous” y elija “Integrator”, arrástrelo a la ventana de archivo
nuevo suelte el botón del ratón, para dejar el bloque.

Seleccione la opción “Math” y elija “Sum”, arrástrelo a la ventana de archivo nuevo suelte
el botón del ratón, para dejar el bloque.



Seleccione la opción “Math” y elija “Gain”, arrástrelo a la ventana de archivo nuevo suelte
el botón del ratón, para dejar el bloque.

Conectando los bloques
Para duplicar los bloques en la ventana de nuevo archivo, seleccione, haciendo clic en el
bloque con el botón izquierdo del ratón, (se habilitarán unos cuadros de selección en las
esquinas del bloque) ubique el ratón, nuevamente en el bloque y arrástrelo, oprimiendo el
botón derecho del ratón, al lugar donde desea ubicarlo, suelte el botón del ratón, para dejar
el bloque.
Para hacer la conexión entre dos bloques ubique el apuntador del ratón a la salida (entrada),
éste cambiará su forma a una cruz, cuando cambie oprima el botón izquierdo del ratón y
manteniéndolo oprimido arrastre la línea genera