主要内容 一、运动控制系统建模 二、Matlab功能简介 三、基于Matlab的控制系统分析与设计方法 一、运动控制系统建模 二、Matlab功能简介 二、Matlab功能简介—m函数 矩阵运算 程序流程控制 分支结构 If语句 Switch语句 循环结构 For 循环 While循环 Break和Continue 数据的输入与输出 save, load, ‘*.mat’ 二、Matlab功能简介-图形绘制功能 二维图形 plot(x,y,’…’) 三维图形 plot3(),mesh(x,y,z), surf(x,y,z)… 基本设置函数 axis, text, ylabel, title, legend,… 参考书目:Matlab原理与工程应用 二、Matlab功能简介-Simulink 参考书目: Simulink-Dynamic System Simulation for MATLAB 二、Matlab功能简介-S函数 实例:ADRC的S函数实现 ADRC: 参考书目: 《Writing S-Functions》, by the Mathworks 二、Matlab功能简介 - RTW dSPACE Real-Time-Workshop dSPACE Matlab的Real-Time-Workshop (RTW)可以用来从Simulink方框图编译生成 C 代码 dSPACE是由德国dSPACE公司开发的一套基于Matlab /Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台,实现了和Matlab/Simulink/RTW的完全无缝连接。 优点:实时性强,可靠性高,扩充性好。 dSPACE硬件系统中的处理器具有高速的计算能力,配备了丰富的I/O支持,可以根据需要进行组合; 软件环境的功能强大,使用方便,包括实现代码自动生成/下载和试验/调试的整套工具。 m文件与Simulink程序的混合编程 sim(ISU4_8,[0,Period],simset(MaxStep,… Period/1000)); load(dataISU4.mat, yisu); set_param(‘ISU4_8/Transfer Fcn,… Numerator,num1,Denominator,den1); 二、Matlab功能简介- Matlab工具箱 Control System Toolbox System Identification Toolbox Multi-Parametric Toolbox … 二、Matlab功能简介-面向对象编程与GUI 参考书目: A Guide to MATLAB: Object-Oriented Programming Graphics and GUIs with MATLAB 利用上述系统,可以完成从系统建模、分析、离线仿真直到在线实验的全过程,可使开发人员全神贯注于控制方案的构思而不必再在琐碎的杂务上花费相当多的时间,从而可以大大缩短开发周期。目前已经成为进行快速控制原型验证和半实物仿真的首选实时平台。 运动控制系统建模与Matlab仿真分析 1.1 模型分类 1.2 建模基本方法 机理模型 统计模型 (1)频率响应 (2)系统辨识 (1) 物理模型:采用实物作为模型,可以按比例搭建; (2) 数学模型:以数学公式作为仿真对象; (3) 混合模型:既有物理模型也有数学模型。 1.1 模型分类 1.2.1 机理模型法 (1)定义:采用由一般到特殊的推理演绎方法,对已知结构、参数的物理系统,运用相应的定律或定理,经过合理分析简化而建立起来的描述系统各物理量动、静态变化性能的数学模型。 主要通过理论分析推导建立数学模型,常用到的理论知识包括:物质不灭定律、能量守恒定律、牛顿第二定律、基尔霍夫定律等。 提取主要因素、忽略次要因素。抓住对系统模型具有决定性影响的物理量及相互关系,舍弃次要。 注意系统的线性化。通过合理简化将非线性因素近似为线性系统。 1.2 建模基本方法 (2)机理建模实例 —— 一阶倒立摆 一阶倒立摆结构原理图 1)摆杆绕其重心的转动方程为 2)摆杆重心的水平运动可能描述为 3)摆杆中心在垂直方向上的运动可描述为 4)小车水平方向运动可描述为 运动学与动力学分析建模: 精确模型: 若只考虑在工作点附
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