控制系统仿真与CADchapter9..ppt

高等应用数学问题的 MATLAB 求解 第 9 章半实物仿真与实时控制 主要内容 dSPACE 简介与常用模块 Quanser 简介与常用模块 半实物仿真与实时控制实例 9.1 dSPACE 简介与常用模块 单板系统 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，DSP 和 I/O 全部 集成于同一板上。 标准组件系统 把处理器板，I/O 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 组装，可以使用多块处理器板、多块 (多种)I/O 板，使系统运算速度、内存和 I/O 能力均可大大 扩展，从而可以满足复杂的应用。 特定应用装置 如汽车、火车、飞机等低空系统 的特殊开发环境。 dSPACE 实时系统具有很多其他仿真系统所不能比 拟的特点，例如其组合性与灵活性强、快速性与实时 性好、可靠性高，可与 MATLAB/Simulink 无缝连 接，更方便地从非实时分析设计过渡到实时分析设 计。 由于 dSPACE 巨大的优越性，现已广泛应用于航空 航天、汽车、发动机、电力机车、机器人、驱动及工 业控制等领域。越来越多的工厂、学校及研究部门开 始用 dSPACE 解决实际问题。 9.1.2 dSPACE 模块组 9.2 Quanser 简介与常用模块 9.2.2 Quanser 常用模块介绍 9.2.3 Quanser 旋转运动控制系列 实验受控对象简介 9.3 半实物仿真与实时控制实例 受控对象的数学描述与仿真研究 Quanser 实时控制实验 dSPACE 实时控制实验 9.3.1 受控对象的数学描述与 仿真研究 电机拖动系统的数学模型 9.3.2 Quanser 实时控制实验 9.3.3 dSPACE 实时控制实验 9.4 本章要点简介 给出了半实物仿真的概念，综述了目前与 MATLAB/Simulink 可以无缝连接的两大主流半实物仿真软硬件系统，即 dSPACE与 Quanser 产品，并介绍了和实时控制相关的模块，还简述了可以搭建实时控制实验的 Quanser 受控对象旋转运动控制实验系列装置。 以旋转运动控制系列中的球杆系统为例，介绍了其建模方法与 Simulink 模型搭建方法，进行了系统的仿真研究，并分别介绍了由 Quanser 控制器及 dSPACE 控制器对其实时控制的方法及控制效果。 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 薛定宇 著《控制系统计算机辅助设计—MATLAB 语言与应用》第二版，清华大学出版社 2006 CAI课件开发：鄂大志 、薛定宇 9.1.1 dSPACE 简介 dSPACE (digital Signal Processing And Control Engineering) 实时仿真系统 是由德国 dSPACE 公司开发的一套和 MATLAB/Simulink 可以“无缝连接”的控制系 统开发及测试的工作平台。 目前在教学和一般科学实验方面比较流行的dSPACE 部件是 ACE 1103 和 ACE1104 ,它们是典型的智能化 单板系统，包括 DSP 硬件控制板 DS1103 和 DS1104、 实时控制软件 Control Desk、实时接口 RTI 和实时 数据采集接口 MTRACE/MLIB，使用较为方便。其中， DS1104 采用 PCI 总线接口，PowerPC 处理器，具有 很高的处理性能及性能价格比，是理想的控制系统设 计入门级产品。 9.2.1 Quanser 简介 Quanser 产品包括加拿大 Quanser 公司研 发的控制实验用的各种受控对象装置、与 MATLAB/Simulink 或 NI 公司 LabView 等接 口板卡和实时控制软件 WinCon 等，可以用类 似于 SPACE 的方式进行半实物仿真与实时控 制研究。 Quanser 系列产品提供了 MultiQ 板卡或其 他形式的接口板卡，带有数模转换器输入(DAC)、 模数转换器输出(ADC) 、电机编码输入(ENC)等 输入输出接口，可以直接将计算机与受控对象连 接起来，形成闭环控制结构。 WinCon 是在 Windows 环境下实现实时控制 的应用程序，该程序可以启动由 Simulink 模型 生成的代码，向 MultiQ 板卡发送命令或从板卡 采集数据，达到实时控制的目的。 旋转倒立摆 平面倒立摆 回转仪 柔性臂 平面连杆机器人 倒立摆系统的简要描述： 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 由度的转轴由电机控制。