板球系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書(MATLAB)

1、3板球系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書(MATLAB)深圳市元創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書Reinovo自動控制類使用板球系統(tǒng)的定位控制和軌跡跟蹤實驗指導(dǎo)書第一部分深圳市元創(chuàng)興科技有限公司20XX 年 12 月 22 日深圳市元創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書式.第章實驗使用儀器及其連接方.1第二章系統(tǒng)控制原理簡介.2第-宀：二早實驗.3運(yùn)動控制基礎(chǔ)實驗3實驗二板球系統(tǒng)調(diào)平板水平實驗8實驗三板球 系 統(tǒng)建模、仿真 及 實驗10實驗四狀態(tài)空間極占 八、 、配置控制實驗19實驗五線性-次最優(yōu)控制LQR控 制實驗.33實驗六模糊控制實驗40 實驗七變論域模糊控制實驗.47深圳市元創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書第一章實驗使用儀器及

2、其連接方式驗一 PC 機(jī)硬件要求：1、Pentium II 、Pentium III 、AMD Athlon 或者更高；2、內(nèi)存至少 256MB 推薦 256MB 以上；3、至少有兩個 USB 接口；4、支持 RS-232 串口通信。軟件要求：1、Microsoft Windows 98、Microsoft Windows 20XX 、Microsoft WindowsXP; 2、Visual C+ ；3、Matlab 。二試驗系統(tǒng)板球系統(tǒng)實驗總體結(jié)構(gòu)如圖所示小球位移數(shù)據(jù)采集卡 USB 數(shù)據(jù)線電機(jī)數(shù)據(jù)采集卡伺服驅(qū) 動器電機(jī)編碼器輸出電機(jī) 1 板球電機(jī) 2 計算機(jī)電源控制量圖 板球?qū)嶒炏到y(tǒng)總體結(jié)

3、構(gòu)圖本實驗系統(tǒng)的主體包括板球、伺服驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集卡、直流伺服電機(jī)等。主體、驅(qū)動器、直流伺服電機(jī)、電源和數(shù) 據(jù)采集卡都置于實驗箱內(nèi)，實驗箱通過兩條USB 數(shù)據(jù)線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另有一條線接220V 交流電源。1深圳市元創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書第二章系統(tǒng)控制原理簡介本實驗系統(tǒng)以自動控制中的現(xiàn)代控制理論和模糊控制 為理論基礎(chǔ)。板球系統(tǒng)的實驗原理是：小球位置采集卡采集到觸摸屏 上小球位置數(shù)據(jù)，電機(jī)數(shù)據(jù)采集卡采集到兩個電機(jī)尾部編碼器數(shù)據(jù)，電機(jī)與平板通過連桿連接，所以通過計算就可以得 到平板的傾斜角位移以及小球的位移，角位移差分得角速 度，位移差分可得速度，然后根據(jù)自動控制中的各種理論轉(zhuǎn) 化的算

4、法計算出控制量?？刂屏坑嬎銠C(jī)通過USB 數(shù)據(jù)線下發(fā)給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器實現(xiàn)對電機(jī)控制，電機(jī)尾部編碼器連 接到驅(qū)動器形成閉環(huán)，從而可以實現(xiàn)平板上小球的定位以及 軌跡跟蹤。其工作原理如圖所示計算機(jī)兩個伺服驅(qū)動器兩個直流電機(jī)板球電機(jī)數(shù)據(jù)采集卡兩個編碼器小球位移數(shù)據(jù)采集卡圖板球系統(tǒng)工作原理圖倒立擺的控制目標(biāo)有兩個，一是定位，即控制小球運(yùn)動 到指定的位置；二是軌跡跟蹤，即控制小球按照給定的軌跡 進(jìn)行運(yùn)動，如圓形、矩形。整個過程是動態(tài)的，表現(xiàn)為平板 上下運(yùn)動也就是電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。板球系統(tǒng)的實時性較強(qiáng)，所 以采樣時間一般取 30ms 左右。通過建立板球系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，我們得到其模型是可控 的，所以我們可以通過

5、自動控制原理課堂所學(xué)建立相應(yīng)的控 制器來實現(xiàn)本系統(tǒng)的控制，使它達(dá)到穩(wěn)定。以下介紹的就是 為本系統(tǒng)和自動控制原理相結(jié)合而設(shè)計的實驗。2深圳市元創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書第三章實驗實驗一一 運(yùn)動控制基礎(chǔ)實驗本實驗的目的是讓實驗者熟悉旋轉(zhuǎn)編碼器和觸摸屏的 基本原理，掌握利用計算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡對編碼器和觸摸屏 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，以及利用計算機(jī)對電機(jī)進(jìn)行控制的基 本原理和方法，了解機(jī)電一體化的兩個重要內(nèi)容：傳感技術(shù) 和運(yùn)動控制技術(shù)。以便順利完成倒立擺的各項試驗。一 編碼器原理旋轉(zhuǎn)編碼器是一種角度傳感器，它分為光電式、接觸式 和電磁感應(yīng)式三種。我們在閉環(huán)系統(tǒng)中常用光電式編碼器來 測角度。旋轉(zhuǎn)編碼器有增量

6、編碼器和絕對編碼器兩種，如圖為光電式編碼器原理示意圖，它發(fā)光元件、光電碼盤、光敏元件 和光電檢測裝置組成。光電式編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換 將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感 器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器。光電碼盤是在一定直徑的 圓板上等分地開通若干個長方形孔，圓板不透光，而長方孔 透光。于光電碼盤與被測裝置同軸，被測裝置旋轉(zhuǎn)時，光電 碼盤與之同速旋轉(zhuǎn)，光源透過光電碼盤的孔在光欄板上形成 忽明忽暗的光信號，經(jīng)光電檢測裝置檢測到并轉(zhuǎn)換為電信 號，然后通過信號處理電路的整形、放大、分頻、記數(shù)、譯 碼后輸出。圖光電式編碼器原理示意圖增量式光電編碼器直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖

7、 A、B 和 Z 相；A、B 兩組脈沖相位差 2,將輸出信號 送入鑒向電路，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而 Z 相為每 轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。光電式增量編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度（分辨角、分辨率），而這與碼盤圓周內(nèi)所分狹縫的 線數(shù)有關(guān)。n 編碼器線數(shù)。于光電式脈沖編碼盤每轉(zhuǎn)過一個分辨角就發(fā)出一個脈沖信號，因此，根據(jù)脈沖數(shù)目可得出工作軸的回轉(zhuǎn)角度，傳 動比換算出直線位移距離；根據(jù)脈沖頻率可得工作軸的轉(zhuǎn) 速；根據(jù) A、B兩相信號的相位先后，可判斷光電碼盤的正、 反轉(zhuǎn)，以得到待測裝置轉(zhuǎn)向。于光電編碼器輸出的檢測信號是數(shù)字信號，因此可以直接進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行處理。360no3深圳市元

8、創(chuàng)興科技有限公司實驗指導(dǎo)書不需放大和轉(zhuǎn)換等過程，使用非常方便，因此應(yīng)用越來越廣泛。二觸摸屏所謂觸摸屏，從市場概念來講，就是一種人人都會使用 的計算機(jī)輸入設(shè)備，或者說是人人都會使用的與計算機(jī)溝通 的設(shè)備。它的本質(zhì)是傳感器，它觸摸檢測部件和觸摸屏控制 器組成，主要用于檢測對象觸摸位置，接受后送觸摸屏控制 器。從技術(shù)原理角度來講，觸摸屏大體有三個特征：其一它 必須保證是透明的，因此它必須通過材料科技來解決透明問 題，像數(shù)字化儀、寫字板、電梯開關(guān)，它們都不是觸摸屏； 其次它是絕對坐標(biāo)，手指摸哪就是哪，不需要第二個動作， 不像鼠標(biāo)，是相對定位的一套系統(tǒng)，第三就是能檢測手指的 觸摸動作并且判斷手指位置，各

9、類觸摸屏技術(shù)就是圍繞“檢 測手指觸摸”而八仙過海各顯神通的。目前，根據(jù)傳感器的 類型，觸摸屏大致被分為紅外線式、電阻式、表面聲波式和 電容式觸摸屏四種。表各種觸摸屏的優(yōu)缺點(diǎn)對照表The Contrast tableof Touch screens 性能 名稱價格防爆性穩(wěn)定性透 明度安裝形式觸摸物輸出分辨率抗強(qiáng)光干擾性響應(yīng)速 度 跟蹤速度 傳感器損傷影響 污物影響 漂移 適用顯示器 防水性 防電磁干擾 適用范圍 四線電阻屏低 一般 高 好 內(nèi)置或外掛任何物體 4096X4096 好 0kx2(x)1e k0,(0,1).對兩個論域伸縮因子的證明，這里不作詳細(xì)描述。2、雙輸入單輸出控制器的伸縮因子

10、設(shè) X E,E ， 丫 D,D 分別為輸入變量 x 和 y 的論域， Z U,U為輸出變量 z 論域。當(dāng) X 與丫相互獨(dú)立時，可以按式或者式 分別得到 X,Y,Z 的伸縮因子(x),(y),(z)。一般情況下，丫與X 是相關(guān)的，例如如果 X 表示誤差論域，那么丫則常常用來 表示誤差變化率論域，這時令DEC 即丫EC,EC，并且定義在 XY 上，即(x,y)，此時論域伸縮因子，可以取下面的式子 中的一個：xy(x,y)EEC12(x,y)1ekx12k2y2k1，k20,(0,1)其中 01,21，分析式和式，很容易得到兩者都能夠保證變化后的論域小于或者等于初始論域，即滿足論域的有界性，這樣才能切實符合變論域的思想二板球系統(tǒng)變論域自適應(yīng)模糊控制器設(shè)計在模糊控制實驗的基礎(chǔ)上設(shè)計變