旋轉(zhuǎn)電機(jī)一級倒立擺

旋轉(zhuǎn)電機(jī)一級倒立擺實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)三旋轉(zhuǎn)電機(jī)一級倒立擺實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡沽[是一個(gè)絕對不穩(wěn)定的系統(tǒng)，為使其保持穩(wěn)定并且可以承受一定的干擾，需要給系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制器，學(xué)習(xí)比例、積分和微分作用對系統(tǒng)性能的影響，學(xué)習(xí)如何根據(jù)系統(tǒng)的性能來建立系統(tǒng)模型。1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)一級倒立擺系統(tǒng)一套2、電腦一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置測試實(shí)驗(yàn)1）打開合動(dòng)智能提供的RotateMotorPositionTest.slx文件。1000^^1^+3!旋轉(zhuǎn)電機(jī)位移測試Simlink模型2）點(diǎn)擊血▼或者按Ctrl+B將此模型編譯，生成目標(biāo)代碼，當(dāng)Simulink左下角狀態(tài)變?yōu)橐?，表示程序已經(jīng)燒寫到主控板中。首先觀察主控板上的LED小燈是否閃爍，保證程序已經(jīng)正常運(yùn)行。cSPACE上位機(jī)監(jiān)控界面圖

4）勾選通道1、通道2、通道3、通道4（都要勾選才能正常顯示數(shù)據(jù)），然后點(diǎn)擊左側(cè)〃選擇串口”，通過電腦的〃設(shè)備管理器〃下的〃端口〃查看CH340所使用的端口，在該界面內(nèi)選擇。選擇上位機(jī)通道所使用的端口，在該界面內(nèi)選擇。選擇上位機(jī)通道5）點(diǎn)擊左上角的〃運(yùn)行〃按鈕Q。觀察第一個(gè)和第二個(gè)空白窗口，第一個(gè)窗口的值是否為0，第二個(gè)窗口的值是否為0。6）按下倒立擺系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)，然后用手來回滑動(dòng)倒立擺系統(tǒng)的小車，同時(shí)觀察第一個(gè)窗口生成的小車軌跡變化（生成一個(gè)來回震蕩的曲線）。注：倒立擺系統(tǒng)上電時(shí)刻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位置為起始位置，需要事先將小車的位?移動(dòng)到中間位置，由于硬件設(shè)置，小庫的正方向?yàn)樽?，?fù)方向?yàn)橛摇榉乐箶[桿打到人，這里不需要按下倒立擺系統(tǒng)的啟動(dòng)開關(guān)，因?yàn)樯想姇r(shí)刻旋轉(zhuǎn)電機(jī)會(huì)有往一個(gè)方向沖擊，導(dǎo)致擺桿會(huì)擺動(dòng)。受16Hh? Tallf手動(dòng)來回移動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)對應(yīng)的曲線圖如果單位為米的第二個(gè)窗口數(shù)據(jù)太小不好觀測，可以乘以100的系數(shù)，方便顯示觀察數(shù)據(jù)變化。7） 記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)PID控制跟蹤正弦軌跡實(shí)驗(yàn)1）打開合動(dòng)智能提供的RotateMotorPIDTrackingSine.slx文件。SinewsC2D1qpaKMKTs1）打開合動(dòng)智能提供的RotateMotorPIDTrackingSine.slx文件。SinewsC2D1qpaKMKTsMotorPosltieniiDwiw嗔就他也"下外&lEagslor旋轉(zhuǎn)電機(jī)PID控制跟蹤正弦曲線Simlink模型2）其中SineWave模塊為離散的Sine模塊，其主要的參數(shù)如下，將幅值設(shè)為1、頻率設(shè)為2、采樣時(shí)間設(shè)為0.005，其他參數(shù)默認(rèn)。SineWave模塊將SineWave模塊連接Scope模塊，仿真查看目標(biāo)曲線。通過仿真曲線可以看出，周期為0.5s，幅值為1。

3）其中HM-Write1模塊里面的模型如下，該模塊的主要的功能是獲取上位機(jī)Writeri寫入的數(shù)據(jù)，因?yàn)樯衔粰C(jī)寫入的數(shù)據(jù)只能是整數(shù)，為了方便調(diào)節(jié)所以這里乘以0.1的系數(shù)。注意該模型的數(shù)據(jù)都乘以了一個(gè)0.1的系數(shù)。GUIDatalgamHM-Writei模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)4）下圖的主要功能是旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置與目標(biāo)曲線求差得到偏差值，然后在后面進(jìn)行PID控制。5）PID控制模型如下，圖中的數(shù)據(jù)是參考值，其中Derivative模塊表示的是離散式的微分。PID控制系數(shù)都由通過上位機(jī)軟件給定。

6）上圖HM-Write15模塊表示的是上位機(jī)軟件Writer15使能信號，主要功能是當(dāng)上位機(jī)軟件Writer15置1的時(shí)候Get_GUIData15得到為1的數(shù)據(jù)在乘以PID控制輸出的量，即正常輸出數(shù)據(jù)；當(dāng)上位機(jī)軟件Writer15置0的時(shí)候Get_GUIData15得到為0的數(shù)據(jù)在乘以PID控制輸出的量，表示無輸出。當(dāng)Saturation模塊功能是限幅，將輸入量限制在一個(gè)范圍內(nèi)，當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)超過限定的最大值時(shí)，該模塊輸出的是限定的最大值；當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)超過限定的最小值時(shí)，該模塊輸出的是限定的最小值。圖4-38Saturation模塊參數(shù)配置7）如下模塊的功能是將限幅后的PID控制量通過cSPACE硬件發(fā)送給驅(qū)動(dòng)

器，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。輸出給電機(jī)的控制量eCAN發(fā)送模塊8）理解上面的控制模型后，點(diǎn)擊途’或者按Ctrl+B將此模型編譯，生成目標(biāo)代碼，當(dāng)Simulink左下角狀態(tài)變?yōu)閬y生 表示程序已經(jīng)燒寫到主控板中。首先觀察主控板上的LED小燈是否閃爍，保證程序已經(jīng)正常運(yùn)行。9）然后我們打開cSPACE上位機(jī)控制界面 。運(yùn)行程序后彈出如下界面。cSPACE上位機(jī)監(jiān)控界面圖10）勾選通道1、通道2、通道3、通道4（都要勾選才能正常顯示數(shù)據(jù)），然后點(diǎn)擊左側(cè)〃選擇串口〃，通過電腦的〃設(shè)備管理器〃下的〃端口”查看CH340所使用的端口，在該界面內(nèi)選擇。11）點(diǎn)擊左上角的〃運(yùn)行〃按鈕6。觀察四個(gè)窗口的數(shù)據(jù)，第一個(gè)窗口顯示的是理想的正弦曲線，第二個(gè)窗口顯示的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置的曲線，第三個(gè)是跟蹤誤差，第四個(gè)是驅(qū)動(dòng)器返回的信息。選擇上位機(jī)通道12）上位機(jī)給定的數(shù)據(jù)：Writeri表示正弦曲線幅值的增益設(shè)為300選擇上位機(jī)通道12）上位機(jī)給定的數(shù)據(jù)：Writeri表示正弦曲線幅值的增益設(shè)為300,Writer2表示的是比例系數(shù)P=-120、Writer3表示的是微分系數(shù)D=0、Writer4表示的是積分系數(shù)1=0。（這里的PID系數(shù)只是參考值，可以自己調(diào)節(jié)）。點(diǎn)擊下方的Download按鈕，然后按下倒立擺系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)，得到如下數(shù)據(jù)曲線。上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)及獲取到的數(shù)據(jù)曲線13）從上圖的第三個(gè)窗口可以看見跟蹤誤差較大，故將D設(shè)為-10，下發(fā)數(shù)據(jù)，觀看數(shù)據(jù)。從圖中可以看出跟蹤誤差已減少，說明微分項(xiàng)起作用了。改變微分系數(shù)D=20的數(shù)據(jù)曲線改變微分系數(shù)D=20的數(shù)據(jù)曲線14）PID控制系數(shù)可以自行設(shè)定，分析每次改變輸入量后調(diào)節(jié)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3、旋轉(zhuǎn)電機(jī)一級倒立擺PID穩(wěn)擺控制實(shí)驗(yàn)1）打開合動(dòng)智能提供的SinglelnvertedPendulumPID.slx文件。SingleInvertedPendulumPIDControlPID穩(wěn)擺控制Simulink模型2）前面已經(jīng)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)和擺桿角度的獲取已經(jīng)介紹過了，這里主要講解如下控制模型。PID控制參數(shù)

4）下圖表示的是電機(jī)位置、電機(jī)速度、擺桿角度、擺桿角速度經(jīng)過相加后輸出給電機(jī)作為電機(jī)的控制量其中Angle表示當(dāng)擺桿角度的絕對值小于25時(shí)，正常輸出控制量，否則輸出量為0，即當(dāng)?shù)沽[系統(tǒng)上電后，將控制參數(shù)寫入后，只需將擺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)到25°左右就會(huì)切換到穩(wěn)擺狀態(tài)。Curr0U7coriroll?lAngleL 3）上圖表示的是電機(jī)位置、電機(jī)速度、擺桿角度、擺桿角速度對應(yīng)給定控制量的上位機(jī)數(shù)據(jù)輸入接口。HM-Writeri、HM-4）下圖表示的是電機(jī)位置、電機(jī)速度、擺桿角度、擺桿角速度經(jīng)過相加后輸出給電機(jī)作為電機(jī)的控制量其中Angle表示當(dāng)擺桿角度的絕對值小于25時(shí)，正常輸出控制量，否則輸出量為0，即當(dāng)?shù)沽[系統(tǒng)上電后，將控制參數(shù)寫入后，只需將擺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)到25°左右就會(huì)切換到穩(wěn)擺狀態(tài)。Curr0U7coriroll?lAngleL SAFEcSPACE上位機(jī)監(jiān)控界面圖7）勾選通道SAFEcSPACE上位機(jī)監(jiān)控界面圖7）勾選通道1、通道2、通道3、通道4（都要勾選才能正常顯示數(shù)據(jù)），然。運(yùn)行程序后彈出如下界面。6）然后我們打開cSPACE上位機(jī)控制界面HAngleCurrOUT5）理解上面的控制模型后，點(diǎn)擊塌」或者按Ctrl+B將此模型編譯，生成目標(biāo)代碼當(dāng)Simulink左下角狀態(tài)變?yōu)楸硎境绦蛞呀?jīng)燒寫到主控板中。首先觀察主控板上的LED小燈是否閃爍，保證程序已經(jīng)正常運(yùn)行。

后點(diǎn)擊左側(cè)〃選擇串口〃，通過電腦的〃設(shè)備管理器〃下的〃端口〃查看CH340所使用的端口，在該界面內(nèi)選擇。醺］誕2/醺3J遜4選擇上位機(jī)通道8）點(diǎn)擊左上角的〃運(yùn)行〃按鈕?。觀察四個(gè)窗口的數(shù)據(jù)，第一個(gè)窗口顯示的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位移曲線（單位為mm），第二個(gè)窗口顯示的是擺桿角度的曲線（單位為。），第三個(gè)窗口顯示的是電機(jī)的控制量，第四個(gè)是驅(qū)動(dòng)器返回的信息。9）需要驗(yàn)證仿真得到的數(shù)據(jù)是否能用在實(shí)物平臺(tái)上，先令Writer1=0、Writer2=0、Writer3=-2100、Writer4=-450。然后點(diǎn)擊Downlad將數(shù)據(jù)下發(fā)至倒立擺硬件系統(tǒng)中。向左為正方向，向右為負(fù)方向；擺桿角度順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)Wrrtef4注：上位機(jī)給定的是放大100倍的數(shù)據(jù)。倒立擺系統(tǒng)上電時(shí)刻旋轉(zhuǎn)電機(jī)的位■為起始位置，需要事先將小車的位置移動(dòng)到中間位置。由于硬件設(shè)置，小車的向左為正方向，向右為負(fù)方向；擺桿角度順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)Wrrtef410）當(dāng)上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)后，按下倒立擺系統(tǒng)的啟動(dòng)開關(guān)，然后需要人為將擺桿由豎直向下順時(shí)針轉(zhuǎn)到豎直向上狀態(tài)（即擺桿角度有-180°變化到0°）。

11）擺桿便能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)擺控制。得到如下數(shù)據(jù)曲線。立狗也 M工工Wr?Hi??HR 12）然后令Writer1=11）擺桿便能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)擺控制。得到如下數(shù)據(jù)曲線。立狗也 M工工Wr?Hi??HR 12）然后令Writer1=1500、Writer2=1300、Writer3=-2100、Writer4=-450,然后點(diǎn)擊Downlad將數(shù)據(jù)下發(fā)至倒立擺硬件系統(tǒng)中。上位機(jī)下發(fā)PID控制量13）當(dāng)上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)后，按下倒立擺系統(tǒng)的啟動(dòng)開關(guān)，然后需要人為將擺桿由豎直向下順時(shí)針轉(zhuǎn)到豎直向上狀態(tài)（即擺桿角度有-180°變化到0°）。

擺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)到豎直向上位置的曲線圖HopeMotioncSPACEUserInterface14）擺桿便能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)擺控制。得到如下數(shù)據(jù)曲線。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)擺控制后的數(shù)據(jù)曲線圖擺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)到豎直向上位置的曲線圖HopeMotioncSPACEUserInterface14）擺桿便能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)擺控制。得到如下數(shù)據(jù)曲線。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)