半实物仿真与实时控制matlab课件

1、2022-3-161控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院第第 9 9 章章半实物仿真与实时控制半实物仿真与实时控制薛定宇薛定宇 著著控制系统计算机辅助设计控制系统计算机辅助设计 MATLAB语言与应用语言与应用 清华大学出版社清华大学出版社2022-3-162控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院ndSPACE 简介与常用模块简介与常用模块nQuanserQuanser 简介与常用模块简介与常用模块n半实物仿真与实时控制实例半实物仿真与实时控制实例2022-3-163控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.1 9.1 dSP

2、ACEdSPACE 简介与常用模块简介与常用模块9.1.1 dSPACE 9.1.1 dSPACE 简介简介 2022-3-164控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院主要面向快速原型设计用户；其本身主要面向快速原型设计用户；其本身 就是一个完整的实时仿真系统，就是一个完整的实时仿真系统，DSP DSP 和和 I/O I/O 全全部部 集成于同一板上。集成于同一板上。把处理器板，把处理器板，I/O I/O 板分开，并提板分开，并提 供多个系列和品种，允许用户根据特定需求随意供多个系列和品种，允许用户根据特定需求随意 组装，可以使用多块处理器板、多块组装，可以使用多块处理器

3、板、多块 ( (多种多种) )I/O I/O 板，使系统运算速度、内存和板，使系统运算速度、内存和 I/O I/O 能力均可大能力均可大大大 扩展，从而可以满足复杂的应用。扩展，从而可以满足复杂的应用。 如汽车、火车、飞机等低空系统如汽车、火车、飞机等低空系统 的特殊开发环境。的特殊开发环境。2022-3-165控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-3-166控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.1.2 9.1.2 dSPACEdSPACE 模块组模块组 2022-3-167控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9

4、.2 9.2 QuanserQuanser 简介与常用模块简介与常用模块9.2.1 Quanser 9.2.1 Quanser 简介简介 2022-3-168控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.2.2 9.2.2 QuanserQuanser 常用模块介绍常用模块介绍 2022-3-169控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.2.3 9.2.3 QuanserQuanser 旋转运动控制系列旋转运动控制系列 实验受控对象简介实验受控对象简介2022-3-1610控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-3-161

5、1控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院 旋转倒立摆实验中，在水平面上用一个直流电机旋转倒立摆实验中，在水平面上用一个直流电机来驱动一个刚性臂的一端，臂的另一端装有一个自来驱动一个刚性臂的一端，臂的另一端装有一个自由度的转轴由电机控制。在这个转轴上安装一个摆由度的转轴由电机控制。在这个转轴上安装一个摆杆。通过控制旋转臂的运动来保持摆杆处于垂直倒杆。通过控制旋转臂的运动来保持摆杆处于垂直倒立状态。立状态。 平面倒立摆则将一根长摆杆安装在一含有两个自平面倒立摆则将一根长摆杆安装在一含有两个自由度的接头上，这样摆杆就可以沿两个方向自由摆由度的接头上，这样摆杆就可以沿两个方向自由

6、摆动，摆杆的摆角通过传感器测量。将这个机构装于动，摆杆的摆角通过传感器测量。将这个机构装于 2 2 自由度机器人的末端就构成了平面倒立摆系统。自由度机器人的末端就构成了平面倒立摆系统。2022-3-1612控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.3 9.3 半实物仿真与实时控制半实物仿真与实时控制实例实例n受控对象的数学描述与仿真研究受控对象的数学描述与仿真研究nQuanser 实时控制实验实时控制实验dSPACE 实时控制实验实时控制实验2022-3-1613控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.3.1 9.3.1 受控对象的数学描述与受控对

7、象的数学描述与 仿真研究仿真研究2022-3-1614控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院: : 通过电机带动连杆 CD，调整夹角 ，从而调整横杆 BC 的水平夹角 ，使得小球能快速稳定地静止在指定的位置。连杆 AB 为固定的支撑臂。2022-3-1615控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院 在球杆系统中，杆的位置在球杆系统中，杆的位置 是输出信号，电机是输出信号，电机的电压的电压 为控制信号，需要设计一个控制器，由为控制信号，需要设计一个控制器，由预期位置预期位置 和检测到的实际位置和检测到的实际位置 之间的误差信之间的误差信号号 来计算控制信

8、号来计算控制信号 。钢球在连杆钢球在连杆BC BC 上起滑动变阻器的作用，其位置上起滑动变阻器的作用，其位置 可以通过电可以通过电阻的值直接检测出来。阻的值直接检测出来。2022-3-1616控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-3-1617控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院推导出电机电压信号推导出电机电压信号 与夹角与夹角 之间的传递函数描述之间的传递函数描述2022-3-1618控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-3-1619控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院2022-3-1620控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用东北大学信息学院9.3.2 9.3.2 QuanserQuanser 实时控制实验实时控制实验2022-3-16