MatLab與ADAMS協同平臺實踐系統設計小作業(word格式文檔下載)

ID:303084 · 發表于 2018-4-7 12:31

課程名稱：MatLab與系統設計

實驗名稱：MatLab與ADAMS協同平臺實踐

實驗原理：對于線性時不變系統（LTI），MatLab提供了以下三個系統分析、設計和仿真平臺：LTI Viewer、SISO Design和SimuLink。ADAMS是多體動力學系統建模仿真分析平臺，其最有特色的是大位移非線性積分運算。將兩者構建成互補分析設計工具，形成了MatLab與ADAMS協同平臺。

實驗指導書：以下三個上機作業需要寫出書面報告！！！

本科生上機作業之一

題目：電機定位系統校正，滿足如下要求：

（1）過渡時間小于40ms；（2）超調量小于16%；

（3）靜態誤差為零；（4）擾動靜態誤差為零。

目的：熟悉LTI viewer和SISO Design平臺。

步驟：

1 創建M-file文擋，并輸入如下程序，運行后生成LTI對象my_sys：

J=3.2284e-6;

b=3.5077e-6;

K=0.0274;

R=4;

L=2.75e-6;

num=[0 0 0 K];

den=[(J*K) (J*R+(L*b)) ((b*R)+K^2) 0];

my_sys=tf(num,den);

2 啟動LTI viewer，并畫出開環BODE圖（拷貝）；

3 啟動SISO Design，按照以下順序進行校正：

加積分環節；加零點（60角頻率）；在截止頻率附近加滯后環節。

用鼠標移動零點/極點的相對位置，觀察相位裕度變化。

4 從analysis→respond to step調用LTI viewer分析閉環階越響應，

同時，用鼠標上下移動觀察階越響應的超調量變化，直到滿足校正要求，拷貝

5從analysis→closed loopbode調用LTI viewer分析閉環BODE圖（拷貝）。

本科生上機作業之二

題目：過程控制系統的PID校正（PP219）

目的：熟悉SIMULNK平臺，運用PID參數整定方法和非線性控制器參數優化（NCD模塊）

步驟：

1 創建MODEL文件，按照以下順序建立所需的模塊：

傳遞函數模塊（continuous/transfer FCN）根據裝置傳遞函數定義相應的系數

PID模塊（simulink extras/PID controller）

SUM模塊（math operations/sum）定義PID參數（KP、KI、KD）

輸入模塊（sources/step）

輸出模塊（sinks/floating scope）

依次連線構成閉環反饋系統

2 設置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），利用折中法找到這樣比例環節系數KP，使系統剛好處于臨界狀態，再利用書PP219表6-1的經驗公式計算整定參數；

3 觀察參數整定后閉環系統的階越響應；

4 用（NCD blockset/signal constraint）替換輸出模塊，并設置優化參數（KP、KI、KD），定義信號響應的邊界，進行優化并觀察結果；

5 對比參數整定與參數優化的階越響應（拷貝）。

本科生上機作業之三

題目：應用根軌跡法校正某二階系統，滿足如下指標要求：

（1）過渡時間小于1.5s；超調量小于30%；

（3）開環增益大于10。

目的：熟悉SISODesign，運用根軌跡校正。

步驟：

1創建M-file文擋，并輸入如下程序，運行后生成LTI對象my_sys：

clear all

num=1;

den=[1 2 0];

my_sys=tf(num,den);

2啟動SISO Design，按照以下順序進行校正：

根據過渡時間和超調量，設置校正邊界；

添加實零點/極點，移動并觀察閉環極點變化，確定主導極點位置，觀察階越響應；

添加偶極子，提高開環增益，觀察階越響應。

3 結合本題，理解主導極點和偶極子概念。

考試方法：（上機綜合大作業）

本科生上機大作業（一）

題目：小球-杠桿控制問題

目的：熟悉ADAMS與MATLAB協同平臺，運用LQG控制技術

步驟：

1 啟動ADAMS，調入ball-beam模型，熟悉ADAMS界面、模型；

2 編寫腳本文件，輸出線性模型my_beam_ball_linmod_；

3 啟動MATLAB，編寫如下M-file（讀入線性模型，簡約均衡，可控可觀，設計LQG，構成閉環）；

4 利用LTI Viewer分析SIGMA-曲線；利用SIMULINK進行擾動仿真分析；

5 編寫后處理文件，輸出控制器模型；

6 回到ADAMS環境，修改模型名稱，并依照順序定義：輸入變量組、輸出變量組，（A，B，C，D）矩陣。

7 定義線性狀態方程LSE，定義控制信號變量，修改杠桿力矩變量，

8 進行閉環控制系統仿真，協同仿真。

附錄：

線性系統分析設計程序：

load my_beam_ball_linmod_a;load my_beam_ball_linmod_b;

load my_beam_ball_linmod_c;load my_beam_ball_linmod_d;

SS=ss(my_beam_ball_linmod_a,my_beam_ball_linmod_b, ...

my_beam_ball_linmod_c,my_beam_ball_linmod_d);

SS=ssbal(SS);SS=minreal(SS);

A=SS.a;B=SS.b;C=SS.c;D=SS.d;

V=eig(SS);disp('eigen value');disp(V);

rank(ctrb(SS))

rank(obsv(SS))

K_lqry=lqry(SS,[1e+6 0;0 1e+4],[1]);

PP=SS(:,[1,1]);

Qn=1e+6;

Rn=[0.01 0;0 0.01];

Kest = kalman(PP,Qn,Rn);

rsys = lqgreg(Kest,K_lqry);

CL_SS=feedback(SS,rsys,+1);

控制器模型后處理程序：

A=rsys.a;B=rsys.b;C=rsys.c;D=rsys.d;

[m n]=size(A);fid=fopen('AAA','w');

for i=1:m

for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',A(i,j));

end

fclose(fid);

[m n]=size(B);fid=fopen('BBB','w');

for i=1:m

for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',B(i,j));

end

fclose(fid);

[m n]=size(C);fid=fopen('CCC','w');

for i=1:m

for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',C(i,j));

end

fclose(fid);

[m n]=size(D);fid=fopen('DDD','w');

for i=1:m

for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',D(i,j));

end

fclose(fid);

本科生上機大作業（二）

題目：集裝箱平車垂向彈性振動偏大問題

目的：熟悉ADAMS/RAIL平臺，運用剛柔耦合仿真技術

步驟：

1 啟動ADAMS/RAIL，調入K6X轉向架模板模型，熟悉ADAMS/RAIL的模板建模界面，并應用MNF文件建立柔性車體模型及接口定義；

2 熟悉ADAMS/RAIL的標準建模界面，建立轉向架、柔性車體子系統并組裝整車模型；

3 設置有關求解器參數，進行預載分析，定義心盤和旁承預載；

4 轉到ADAMS/VIEW界面，在搖枕上施加垂向激擾力（加載/減載，低頻諧振）；

5 進行整車仿真得到搖振變摩擦懸掛加載/減載曲線和相位圖，并分析其變摩擦特性和低頻粘-滑振動；

6 將激擾力去掉，進行軌道不平順激擾仿真，并進行車體垂向加速度的時域/頻域分析，得到譜密度PSD。

7 以表格對比形式，給出車體垂向加速度時域統計特征（如MAX、MIN、RMS），和垂向平穩性指標Wzz。

8 根據上述分析數據，給出引起車體彈性振動偏大原因的結論。

附錄：

1 K6X交叉桿支撐轉向架

三箱重載柔性車體模型

2 車體柔性體是基于有限元FEM模型建立的[8]，其中，約束自由度（14）；固有模態：取前13階，包括：（1）垂向彎曲模態（7Hz，18Hz）；（2）局部模態（２個，中間魚復板）；（3）側扭模態（38Hz）；…等等。由于集裝箱地腳鎖存在一定程度簡化，實際的垂向彎曲模態頻率要比計算值稍高一些。

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