基才matlab的倒立擺系統(tǒng)實時模糊控制研究

1、基才Matlab的倒立擺系統(tǒng)實時模糊控制研究徐雄，石曙東(湖北師范學(xué)院計算機科學(xué)系，湖北黃石435002)1引言倒立擺系統(tǒng)是一種是非最小相位系統(tǒng)，它具有非線性、多變量和不穩(wěn)定的特點，因而成為控制理論教學(xué)和科研的典型對象，以往主要通過軟件仿真或在精密倒立擺上實現(xiàn)各種控制算法，而對倒立擺硬件系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)報道卻甚少。目前，國內(nèi)各高校基本上都采用香港固高公司和加拿大Quanser公司生產(chǎn)的系統(tǒng)，由于采用高精度的零部件，因此，硬件成本較高；其軟

2、件大多采用VC等可視化編程軟件來開發(fā)，研發(fā)周期長，并且不提供源代碼，缺乏可讀性和再利用性。本文介紹一種倒立擺系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)，其硬件系統(tǒng)具有低成本、高可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點；其軟件系統(tǒng)在Matlab環(huán)境下編程和實時控制，源代碼完全開放，而且可調(diào)用豐富的Matlab工具箱函數(shù)，非常適用于教學(xué)和科研上的再學(xué)習(xí)和開發(fā)。2倒立擺系統(tǒng)的硬件設(shè)計一級水平倒立擺硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示，多級水平倒立擺也相類似，區(qū)別之處只是擺桿不同。倒立擺系統(tǒng)由導(dǎo)軌、力矩

3、電機、滑塊與擺桿、皮帶等部件組成。擺桿連接滑塊，滑塊由皮帶拖動在導(dǎo)軌上滑行?；瑝K離中心點的水平位移和擺桿的角度分別由旋轉(zhuǎn)編碼器1和2檢測，通過旋轉(zhuǎn)編碼器信息采集卡轉(zhuǎn)換后對應(yīng)于θ和x的計數(shù)值。在導(dǎo)軌的兩側(cè)各有一個限位開關(guān)(常閉)，當(dāng)滑塊滑行到兩側(cè)時，將碰到限位開關(guān)并使其斷開，用來判斷滑塊的位置是否超出限定范圍以及是否立即停止電機運行。限位開關(guān)的通斷信號由數(shù)據(jù)采集卡I／O采集，控制電壓通過數(shù)據(jù)采集卡D／A輸出，經(jīng)過力矩電機控制器轉(zhuǎn)換后作用于

4、電機。硬件系統(tǒng)組成部件說明如表1所列。3倒立擺軟件系統(tǒng)設(shè)計倒立擺軟件系統(tǒng)一般都是在Windows操作系統(tǒng)中采用TurboC、VisualC、CBuilder等可視化編程軟件開發(fā)，雖然實時性比較好，但控制算法實現(xiàn)難度較高，開發(fā)周期長并且缺乏靈活性。筆者提出以計算、繪圖和仿真功能強大的Matlab軟件作為控制算法的開發(fā)環(huán)境，用VisualC開發(fā)MEX接口生成的動態(tài)鏈接庫(DLL)作為Matlab與PCI數(shù)據(jù)采集卡和旋轉(zhuǎn)編碼器信號采集卡進行通

5、信的中介，編制M文件實現(xiàn)模糊控制算法，具有編程簡單、工具箱函數(shù)調(diào)用和數(shù)據(jù)分析方便等優(yōu)點。3.1Matlab環(huán)境下實現(xiàn)實時控制用Matlab對系統(tǒng)進行實時控制有兩種可選擇的方法，編制M文件或利用Simulink，這兩種方法也可以交互使用。另外，也可以采用Matlab與第三方軟件相互調(diào)用的方法實現(xiàn)實時控制。直接采用M文件編程簡單易學(xué)，但運行速度較慢；使用Simulink和RealTimeWkshop進行實時控制，控制參數(shù)修改方便，運行速度快