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1、第9章 半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制薛定宇著《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用》清華大學(xué)出版社2021/7/231控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院dSPACE簡(jiǎn)介與常用模塊Quanser簡(jiǎn)介與常用模塊半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制實(shí)例主要內(nèi)容2021/7/232控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.1dSPACE簡(jiǎn)介與常用模塊9.1.1dSPACE簡(jiǎn)介dSPACE(digitalSignalProcessingAndControlEngineering)實(shí)時(shí)仿
2、真系統(tǒng)是由德國(guó)dSPACE公司開(kāi)發(fā)的一套和MATLAB/Simulink可以“無(wú)縫連接”的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及測(cè)試的工作平臺(tái)。2021/7/233控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院?jiǎn)伟逑到y(tǒng)主要面向快速原型設(shè)計(jì)用戶；其本身就是一個(gè)完整的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，DSP和I/O全部集成于同一板上。標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)把處理器板，I/O板分開(kāi)，并提供多個(gè)系列和品種，允許用戶根據(jù)特定需求隨意組裝，可以使用多塊處理器板、多塊(多種)I/O板，使系統(tǒng)運(yùn)算速度、內(nèi)存和I/O能力均可大大擴(kuò)展，從而可以滿足復(fù)雜的應(yīng)用。特定應(yīng)用裝置如
3、汽車、火車、飛機(jī)等低空系統(tǒng)的特殊開(kāi)發(fā)環(huán)境。2021/7/234控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院dSPACE實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有很多其他仿真系統(tǒng)所不能比擬的特點(diǎn)，例如其組合性與靈活性強(qiáng)、快速性與實(shí)時(shí)性好、可靠性高，可與MATLAB/Simulink無(wú)縫連接，更方便地從非實(shí)時(shí)分析設(shè)計(jì)過(guò)渡到實(shí)時(shí)分析設(shè)計(jì)。由于dSPACE巨大的優(yōu)越性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、電力機(jī)車、機(jī)器人、驅(qū)動(dòng)及工業(yè)控制等領(lǐng)域。越來(lái)越多的工廠、學(xué)校及研究部門(mén)開(kāi)始用dSPACE解決實(shí)際問(wèn)題。2021/7/235控制系統(tǒng)計(jì)
4、算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.1.2dSPACE模塊組目前在教學(xué)和一般科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面比較流行的dSPACE部件是ACE1103和ACE1104，它們是典型的智能化單板系統(tǒng)，包括DSP硬件控制板DS1103和DS1104、實(shí)時(shí)控制軟件ControlDesk、實(shí)時(shí)接口RTI和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集接口MTRACE/MLIB，使用較為方便。其中，DS1104采用PCI總線接口，PowerPC處理器，具有很高的處理性能及性能價(jià)格比，是理想的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)入門(mén)級(jí)產(chǎn)品。2021/7/236控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——M
5、ATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.2Quanser簡(jiǎn)介與常用模塊9.2.1Quanser簡(jiǎn)介Quanser產(chǎn)品包括加拿大Quanser公司研發(fā)的控制實(shí)驗(yàn)用的各種受控對(duì)象裝置、與MATLAB/Simulink或NI公司LabView等接口板卡和實(shí)時(shí)控制軟件WinCon等，可以用類似于SPACE的方式進(jìn)行半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制研究。2021/7/237控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.2.2Quanser常用模塊介紹Quanser系列產(chǎn)品提供了MultiQ板卡或其他形式的接口板卡，帶有
6、數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入(DAC)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出(ADC)、電機(jī)編碼輸入(ENC)等輸入輸出接口，可以直接將計(jì)算機(jī)與受控對(duì)象連接起來(lái)，形成閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。WinCon是在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用程序，該程序可以啟動(dòng)由Simulink模型生成的代碼，向MultiQ板卡發(fā)送命令或從板卡采集數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。2021/7/238控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.2.3Quanser旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)控制系列 實(shí)驗(yàn)受控對(duì)象簡(jiǎn)介旋轉(zhuǎn)倒立擺平面倒立擺回轉(zhuǎn)儀2021/7/239控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)
7、計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院柔性臂平面連桿機(jī)器人2021/7/2310控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院倒立擺系統(tǒng)的簡(jiǎn)要描述：旋轉(zhuǎn)倒立擺實(shí)驗(yàn)中，在水平面上用一個(gè)直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)剛性臂的一端，臂的另一端裝有一個(gè)自由度的轉(zhuǎn)軸由電機(jī)控制。在這個(gè)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)擺桿。通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)來(lái)保持?jǐn)[桿處于垂直倒立狀態(tài)。平面倒立擺則將一根長(zhǎng)擺桿安裝在一含有兩個(gè)自由度的接頭上，這樣擺桿就可以沿兩個(gè)方向自由擺動(dòng)，擺桿的擺角通過(guò)傳感器測(cè)量。將這個(gè)機(jī)構(gòu)裝于2自由度機(jī)器人的末端就構(gòu)成了平面倒立擺系
8、統(tǒng)。2021/7/2311控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.3半實(shí)物仿真與實(shí)時(shí)控制實(shí)例受控對(duì)象的數(shù)學(xué)描述與仿真研究Quanser實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)dSPACE實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)2021/7/2312控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用東北大學(xué)信息學(xué)院9.3.1受控對(duì)象的數(shù)學(xué)描述與 仿真研究球桿系統(tǒng)
