【正文】 完成對(duì)控制系統(tǒng)的建模和仿真，并且仿真結(jié)果直觀，后處理模塊中對(duì)數(shù)據(jù)的處理也很方便。通過PID控制添加在小車上的力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)擺角和小車位移的控制。第5章 基于MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ADAMS與MATLAB聯(lián)合仿真意義ADAMS和MATLAB兩種軟件都能實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制，但側(cè)重點(diǎn)各有不同。ADAMS軟件仿真?zhèn)戎赜跈C(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真，MATLAB則側(cè)重于控制系統(tǒng)仿真。MATLAB在控制方面功能強(qiáng)大，但是ADAMS的仿真結(jié)果更加的直觀，實(shí)現(xiàn)兩者的聯(lián)合仿真很有意義。在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，如果機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)用不同的軟件來分別設(shè)計(jì)，兩者設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn)，過程非常繁瑣，而且一旦中間的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，那必須從頭修改各自的設(shè)計(jì)，造成了不必要的巨大的工作量?，F(xiàn)在，利用ADAMS的control接口，可以共享模型，避免了以上現(xiàn)象的產(chǎn)生。利用ADAMS/control模塊，可以將ADAMS和MATLAB兩種軟件有機(jī)的結(jié)合起來，兩者聯(lián)合仿真具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）直接從ADAMS中導(dǎo)入機(jī)械系統(tǒng)仿真模型，而不用進(jìn)行繁瑣的推導(dǎo)，列大量的方程去描述控制系統(tǒng)的規(guī)律，大大簡(jiǎn)化了建模的工作量；（2）把復(fù)雜的控制直接加在ADAMS模型上，可以一次性仿真整個(gè)系統(tǒng)，即使遇到了問題，也可以方便解決。（3）統(tǒng)一分析在ADAMS環(huán)境與MATLAB環(huán)境獲得的聯(lián)合仿真結(jié)果。在下面的仿真過程中，我們將能夠很直觀地體會(huì)到利用ADAMS與MATLAB聯(lián)合仿真倒立擺系統(tǒng)時(shí)與分別用兩者進(jìn)行仿真時(shí)的優(yōu)勢(shì)所在。 ADAMS與MATLAB聯(lián)合仿真過程 建立ADAMS模型在ADAMS中建立模型有兩種方法，對(duì)于復(fù)雜的模型，可以在其它具有強(qiáng)大三維建模功能的軟件（如UG、PROE等）中先建好模型，然后在導(dǎo)入ADAMS中。而對(duì)于簡(jiǎn)單的模型，比如本文的單級(jí)倒立擺，可以直接在ADAMS中快速方便的直接建立模型。倒立擺模型在上一章已經(jīng)建好了，可以直接用它。 確定ADAMS的輸入輸出ADAMS的輸入輸出是與MATLAB設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的接口。ADAMS中的輸出變量是進(jìn)入MATLAB中的輸入變量，同時(shí)，MATLAB中的輸出變量是返回進(jìn)入ADAMS中的輸入變量。通過定義輸入輸出，可以在ADAMS和MATLAB中形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，如圖51所示。輸 出輸 入ADAMS機(jī)械模型MATLAB控制模型 圖51 倒立擺的輸入與輸出在本控制系統(tǒng)中，一共定義了四個(gè)變量，分別是擺桿與小車的給定角度geiding，擺桿與小車的實(shí)際角度angle，小車的位移X和添加在小車上的力F。其中力F為ADAMS的輸入變量，geiding、angle和X為ADAMS的輸出變量。如圖52所示。圖52 創(chuàng)建ADAMS輸入輸出 ADAMS與MATLAB的連接ADAMS/control模塊是實(shí)現(xiàn)ADAMS與MATLAB連接的關(guān)鍵, ADAMS/Controls是ADAMS軟件包中的一個(gè)集成可選模塊。在ADAMS/Controls中，設(shè)計(jì)師既可以通過簡(jiǎn)單的繼電器，邏輯與非門，阻尼線圈等建立簡(jiǎn)單的控制機(jī)構(gòu)，也可利用通用控制系統(tǒng)軟件（如MATLAB，MATRIX，EASY5）建立的控制系統(tǒng)框圖，建立包括控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的仿真模型。通過control模塊中的的Plant Export 實(shí)現(xiàn)，在File Prefix一欄中填入要輸入MATLAB的文件名 ，在PlantInput和PlantOutput中分別選擇上一步建立的輸入和輸出變量，在控制模塊一欄選擇MATLAB，這樣就完成了定義輸入輸出，點(diǎn)擊OK，過程如圖53所示。、。圖53 Plant Export設(shè)置圖 構(gòu)建控制模型啟動(dòng)MATLAB，將MATLAB的工作目錄指向ADAMS的工作目錄。在MATLAB命令窗口中輸入dlb，然后輸入命令adams_sys，該命令是ADAMS與MATLAB的接口命令。彈出了一個(gè)新的窗口，該窗口是MATLAB/Simlink選擇窗口，窗口中包含的內(nèi)容如圖54所示。 圖54 MATLAB/simulink窗口啟動(dòng)Simulink，建立一個(gè)新模型，將adams_sub模塊和3個(gè)輸出拖進(jìn)新建模型窗口，并添加相應(yīng)的環(huán)節(jié)，構(gòu)建如圖55所示的控制系統(tǒng)。 圖55 Simulink模型 聯(lián)合仿真設(shè)置MATLAB于ADAMS之間的數(shù)據(jù)交換參數(shù)。，在彈出的新窗口中雙擊MSCSoftware，彈出書籍交換設(shè)置對(duì)話框，將Simulation Mode設(shè)置成continuous，Animation mode設(shè)置成interactive，其他默認(rèn)，單擊OK按鈕。仿真設(shè)置和仿真計(jì)算。單擊新窗口中的【Simulation】→【Simulation Parameters】，彈出仿真設(shè)置對(duì)話框，在Solver頁中將Start time 設(shè)置成0，將Stop time 設(shè)置成10，其他默認(rèn)，單擊OK按鈕。最后單擊菜單【Simulation】→【Start】開始進(jìn)行仿真計(jì)算。ADAMS/View界面會(huì)自動(dòng)彈出，運(yùn)行仿真動(dòng)畫，并自動(dòng)保存下仿真數(shù)據(jù)。運(yùn)行結(jié)束后，在Simulink中點(diǎn)擊觀察輸出波形。擺角輸出和小車位移輸出分別如圖56,57所示。圖56 擺角輸出曲線 圖57 小車位移輸出曲線由圖56和57可以看出，聯(lián)合ADAMS與MATLAB聯(lián)合仿真時(shí)，擺角與小車位移輸出與在ADAMS中一致。本章小結(jié)在本章中，我們聯(lián)合ADAMS與MATLAB對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合仿真，采用聯(lián)合仿真，我們直接從ADAMS中導(dǎo)入機(jī)械系統(tǒng)仿真模型到MATLAB中，而不用像第二章一樣進(jìn)行繁瑣的推導(dǎo)，列大量的方程去描述控制系統(tǒng)的規(guī)律，大大簡(jiǎn)化了建模的工作量；同時(shí)，我們把復(fù)雜的控制直接加在ADAMS模型上，可以一次性仿真整個(gè)系統(tǒng)，不用像第五章中一樣在ADAMS中一步步的建立很多變量去控制系統(tǒng)，即使遇到了問題，也可以方便解決?？梢哉f，聯(lián)合兩種軟件仿真可以發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化仿真過程，減少工作量，同時(shí)也避免了出現(xiàn)錯(cuò)誤后繁瑣的修改過程。總 結(jié)ADAMS和MATLAB兩種軟件都能實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制，但側(cè)重點(diǎn)各有不同。ADAMS軟件仿真?zhèn)戎赜跈C(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真，MATLAB則側(cè)重于控制系統(tǒng)仿真。MATLAB在控制方面功能強(qiáng)大，但是ADAMS的仿真結(jié)果更加的直觀。所以，實(shí)現(xiàn)兩者的聯(lián)合仿真很有意義。本文先分別用兩種軟件對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行仿真，然后將兩者聯(lián)合仿真，仿真結(jié)果互相對(duì)比、補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制。在整個(gè)仿真過程中，我們可以體會(huì)到利用ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真的優(yōu)勢(shì)所在，將ADAMS中的模型直接導(dǎo)入MATLAB中，避免了繁瑣的推導(dǎo)傳遞函數(shù)的過程，利用MATLAB在控制方面強(qiáng)大的功能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，很好的發(fā)揮了兩種軟件各自的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，聯(lián)合ADAMS和MATLAB兩種軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真這種方法非常有意義，本文的單級(jí)倒立擺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，要是要實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的控制，本文的方法就會(huì)更加體現(xiàn)出它的先進(jìn)性。 參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：中國輕工業(yè)出版社，[2] 邢景虎, 陳其工, 江明. 單級(jí)倒立擺的兩種控制方法的仿真研究[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置, 2008( 2)[3] 應(yīng)再恩,平雪良,[J].2012(8) [4] 桑英軍, 范媛媛, 徐才千. 單級(jí)倒立擺控制方法研究[J].控制工程, 2010, 17( 6).[5] 張彬. 小車倒立擺系統(tǒng)擺起與穩(wěn)定控制研究[D].青島: 青島大學(xué), 2009[6] 孟巧榮, 廉自生. 倒立擺控制系統(tǒng)的建模與仿真[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化, 2004( 2) [7] 曹志杰,孫漢旭,賈慶軒. 基于ADAMS和MATLAB的雙輪虛擬倒立擺的控制仿真[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2007(04) [8] 陳文凱, 莫亞武. 三自由度并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)及仿真[J].機(jī)械傳動(dòng), 2009, 33(1) [9] 王建平, 彭凱. 基于 ADAMS 的一種新型六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的參數(shù)分析與仿真[J] . 機(jī)械傳動(dòng), 2011, 35(5) [10] 黃宏格. 直線倒立擺機(jī)理模型及控制性能研究[D].北京: 中國科學(xué)技術(shù)信息研究所, 2008[11] 衣袖帥, 黃志剛, 孫明濤. 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