Presentation Title

Size: px

Start display at page:

Download "Presentation Title"

こうたしのしま
4 years ago
Views:

1 Simulink R / Stateflow R 入門 MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部小林昇洋 2016 The MathWorks, Inc. 1

2 本セッションで対象としている方々 Q : Simulink / Stateflow は使ったことがないどんなツールなのか? A : お使いいただいているシーン理由などご紹介します 2

3 Simulink とは? Simulink はグラフィカルなプログラミング環境です 3

4 どこで使われているの? シミュレーション組み込みのソフトウェアの開発など 4

5 なぜ Simulink が使われているのか? グラフィカルな環境がプログラムの開発を加速します Simulink が提供するブロック線図モデリング Stateflow オプションが提供するフロチャート状態遷移モデリング Simscape オプションが提供する回路図物理モデリング 5

6 なぜ Simulink が使われているのか? 従来の開発環境とのインターフェースが豊富 Simulink & MATLAB 自動生成 C/C++ HDL ST など実装取り込み出力対応ハードウェア C/C++ Excel,csv など 6

7 例題 : すぐに試せるアルゴリズムの実機動作 PC Simulink モデル PC 画面 (Stateflow) 実機シリアル通信 (USB 接続 ) C コード実装 OFF Ready +LED LED 点滅 7

8 なぜ Simulink が使われているのか? ユーザー様の声グラフィカルなプログラミング環境シミュレーションの活用が進みハードウェアの試作回数を低減できたデザインレビューの効率が上がりやり直し作業 ( 手戻り ) が減少した従来環境とのインターフェースが豊富検討したプログラムを実機ですぐにためせるためアイディアがすぐに試せる高度なアルゴリズムをCコードへ実装する作業が簡単既存の C コードをとりこんでシミュレーションでの試験が可能設定が難しい条件をシミュレーションでテストできる 8

9 具体的な例題で Simulink / Stateflow をご紹介! 昨今のトレンドは? センサー IoT カメラレーダーデータ処理 + 指令算出デジタルフィルター人工知能高度なアルゴリズム制御対象ドローンロボット自動運転 9

10 例題 : 自動追跡カメラ実験システムシミュレーションとプロトタイピングにトライ! カメラ画像処理 + 指令算出制御対象画像取得目標角度電圧 Web カメラ Logicool Webcam Pro 9000 USB PC Serial over USB Arduino DC モータカメラの向きを回転 10

11 自動追跡カメラ実験システム Simulink のブロック線図の基本操作のご紹介 11

12 自動追跡カメラ実験システム Simulink 上での微分方程式の構築 dx dt = a x x a x dx dt a x = dx dt 12

13 例題 : 自動追跡カメラ実験システムシミュレーションとプロトタイピングにトライ! あらかじめ撮影した動画画像処理 + 指令算出制御対象動画目標角度電圧 PC Serial over USB コントローラモデル Arduino プラントモデル DC モータモータの向きを回転 13

14 例題 : 自動追跡カメラ実験システムまずは画像処理部分をシミュレーションあらかじめ撮影した動画画像処理 + 指令算出制御対象動画目標角度電圧 PC Serial over USB コントローラモデル Arduino プラントモデル DC モータモータの向きを回転 14

15 自動追跡カメラ実験システム Simulink による画像処理の構築 15

16 例題 : 自動追跡カメラ実験システム次はモーターとコントローラをシミュレーションあらかじめ撮影した動画画像処理 + 指令算出制御対象動画目標角度電圧 PC Serial over USB コントローラモデル Arduino プラントモデル DC モータモータの向きを回転 16

17 例題 : 自動追跡カメラ実験システム DC モータの数式モデル L i v R v b v m J B ( t) v( t) v ( t) b L パラメータ L[H] R[ ] K[ V ( rad s)] J[ kg* m B[ N * m ( rad s)] L 2 ] [ N * m] 物理量電機子インダクタンス電機子抵抗逆起電力定数ロータ慣性モーメントロータ動摩擦係数負荷トルク電磁ロスが無い場合逆起電力定数とトルク定数は等しい機械系 d ( t) J B ( t) L( t) ( t) dt ( t) Ki( t) ( t ) d ( t) dt 電気系 di( t) L Ri( t) vb ( t) dt v( t) v b ( t) K ( t) 17

18 DC モータ数式モデルをモデリングします Simulink 運動回路方程式をシミュレーションして時系列応答を確認 2 回積分 2 d 1 2 dt J Ki B L 加減算乗算時間積分機械系電気系 di dt 1 L v Ri K 18

19 自動追跡カメラ実験システム Simulink によるモーターと PID 制御の構築 19

20 自動追跡カメラ実験システム例外処理例外処理の仕様決め処理 1:3 秒間その向きを維持処理 2: その間にボールが枠内に戻ってきたら追従を再開処理 3:3 秒以上経過したら正面位置に向き直るボールがカメラの枠外に出てしまったら? ソフトウェア設計へ 20

21 自動追跡カメラ実験システムフローチャートで設計する場合 Stateflow 枠内枠外 3s 以内 3s 経過正面維持方向維持ボール追従 21

22 自動追跡カメラ実験システム状態遷移図で設計する場合は? Stateflow ボール追従枠外枠内方向維持枠内 3s 経過正面維持 22

23 Stateflow による色々なロジック表現設計したいアルゴリズムに応じて様々なデザインスタイルを活用できますフローチャート状態遷移図状態遷移表真理値表 23

24 自動追跡カメラ実験システムシミュレーションで動作の確認ができました! 動画入力画像処理モータ制御 DC モータ 24

25 自動追跡カメラ実験システム指令算出部 (PC) と Arduino 実装部に分離 Serial 通信 25

26 自動追跡カメラ実験システム実機実験 PC 26

27 自動追跡カメラ実験システムシミュレーション & プロトタイピングまとめブロック線図フローチャート状態遷移図で設計図そのままにプログラム共有数式を用いたシミュレーションの構築も簡単 dx dt = a x 実機接続も簡単でアイディアをすぐに試せる環境などほか多数 27

28 Simulink モデルを中心として製品開発の効率化が実現できます! モデルを中心としたモデルベースデザイン研究システム設計要求仕様グラフィカルなプログラム紙ベースの仕様書を補完するモデルチーム間コミュニケーションを改善コンポーネント開発 / 実装 C, C++ 環境モデル物理コンポーネントアルゴリズム VHDL Verilog MCU DSP FPGA ASIC システム統合 SPICE Analog Hardware テストシステムテスト & 検証シミュレーションによる設計複合ドメインを同一環境でモデル化設計のトレードオフ相互作用検証コード生成機能で実機と連携モデルから C, HDL コードを自動生成プロトタイプテストを効率化テスト環境までをトータルサポートモデルを再利用したテスト生成シミュレーション / テストの自動化 28

29 本日の MATLAB Expo の講演でも 1. 研究はしているが実用的なアイディアが少ない特に制御理論の適用に興味がある B4: 制御系設計環境オーバービュー & 便利機能のご紹介 2. 競合他社に負けないように効率的な開発が必要 A4: モデルベースデザインのためのプラントモデルの作成と活用入門 3. ヒューマンエラーの極力少ない品質の高い開発が求められる B3: 効果的活効率的なモデルベース組み込みソフト開発検証資料は後日ダウンロード可個別のご相談も受け付けております 29

30 MathWorks にご相談くださいこんなシミュレーションが作れないかな? 世界の適用事例本パートナーのご案内が可能です社内の人に聞いて使い始めますか? トレーニングが効果的です本日はトレーニングテキストがご覧いただけます! 会場出てすぐ! まずは評価版からご検討ください 30

Accelerating the pace of engineering and science 2016 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See www.

31 Accelerating the pace of engineering and science 2016 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders. 31

SimulinkによるReal-Time Test環境の構築

SimulinkによるReal-Time Test環境の構築 Simulink モデルを使ったリアルタイムテスト環境の構築 MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部シニアアプリケーションエンジニア高島博 2012 The MathWorks, Inc. 1 はじめに Simulink はバーチャルなテスト環境 2 はじめに Simulink はバーチャルなテスト環境 3 はじめに Simulink はバーチャルなテスト環境シミュレーション開始ボタンをクリック