實時仿真方法在伺服控制系統(tǒng)的應用研究.pdf

1、系統(tǒng)仿真是迅速發(fā)展起來的一門綜合的新興學科，它涉及到控制理論、相似性原理、計算機技術(shù)等領(lǐng)域，隨著系統(tǒng)仿真的理論方法和應用技術(shù)研究的深入以及計算機技術(shù)的發(fā)展，應用數(shù)字計算機對實際系統(tǒng)或假想的系統(tǒng)進行仿真的技術(shù)越來越受到人們的重視。實時仿真是在仿真實驗系統(tǒng)的仿真回路中接入部分實物的一種仿真形式。實時仿真同其它類型的仿真方法相比具有實現(xiàn)更高真實度的可能性，是仿真技術(shù)中置信度最高的一種仿真方法。從系統(tǒng)的觀點看，實時仿真允許在系統(tǒng)中接入部分實物，

2、意味著可以把實物放在系統(tǒng)中進行考察和檢驗，是提高系統(tǒng)設計的可靠性的必要手段。 本文將實時仿真技術(shù)應用于一類典型伺服控制系統(tǒng)進行研究。將微型足球機器人、球桿系統(tǒng)和倒立擺等伺服控制對象置于仿真回路中，直接獲得系統(tǒng)的行為數(shù)據(jù)，進而評價系統(tǒng)性能和展開相應研究，對該類控制系統(tǒng)的研發(fā)和實際應用具有很好的推動作用。 論文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新工作： (1)詳細綜述了系統(tǒng)仿真技術(shù)與實時仿真技術(shù)的概念、形成發(fā)展及其主要的應用，著重研究

3、了實時仿真系統(tǒng)的仿真算法與體系結(jié)構(gòu)，完成了對建立一套實時仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方案和平臺設計的開發(fā)過程，分析和驗證了系統(tǒng)的實時性能。 (2)基于拉格朗日法的動力學建模。針對伺服控制對象中的一類欠驅(qū)動機械系統(tǒng)，由于其狀態(tài)變量比較多，因此其動力學模型比較復雜?；谙到y(tǒng)齊次坐標變換和系統(tǒng)能量的變化，推導并建立了該類伺服系統(tǒng)受控對象的動力學模型。 (3)基于MATLAB/Simulnk與dSPACE的無縫連接，建立伺服控制實時仿真系統(tǒng)，

4、實現(xiàn)實時硬件的圖形化和參數(shù)變量的可視化，通過建立虛擬儀表與實時程序進行動態(tài)數(shù)據(jù)交換，實時監(jiān)控系統(tǒng)運行，完成試驗過程的綜合管理。 (4)基于建立的伺服控制實時仿真系統(tǒng)，對微型足球機器人系統(tǒng)控制器進行了設計和優(yōu)化，動態(tài)調(diào)整控制器參數(shù)，并實現(xiàn)了系統(tǒng)模型的辨識和系統(tǒng)的跟隨性能測試。 (5)在對球桿系統(tǒng)的運動控制分析基礎(chǔ)上，應用ITAE最優(yōu)控制準則對系統(tǒng)伺服控制器進行了優(yōu)化設計，獲得了系統(tǒng)參數(shù)的全局最優(yōu)解，并在建立的實時仿真系統(tǒng)中

5、加以實現(xiàn)和驗證。 (6)通過對系統(tǒng)運動分析，不僅完成了倒立擺系統(tǒng)可擺性分析，而且將系統(tǒng)運動過程劃分為起擺、擺動和穩(wěn)擺三個主要階段，并進一步細劃每一階段的主要控制目標，依此設定控制器類型，基于實時仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)控制狀態(tài)的平穩(wěn)切換。 (7)基于最優(yōu)控制思想，實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)一級倒立擺、旋轉(zhuǎn)二級倒立擺和2dof平面倒立擺的平衡控制。通過在實時仿真系統(tǒng)的運行，驗證了控制器的魯棒性。基于實時仿真平臺，給定PRBS偽隨機二進制信號輸