【正文】 load 。%更新 DutyCycleforF0值 fclose(fid)。)。%將占空比保留兩位 fid=fopen(39。,F0forHGiven)。w+39。%關(guān)閉打開文件 %計算給定高度對應的管口吹力值 F0forHGiven=*rho*A*(v_balanceKwind*HGiven).^2。%以讀寫方式創(chuàng)建或打開 dlmwrite(39。39。,F0)。w+39。%關(guān)閉打開文件 F0=DutyCycle*20*g/1000。%以讀寫方式創(chuàng)建或打開 dlmwrite(39。39。%小球的質(zhì)量 BallGravity=m*g。%空氣密度（室溫 22攝氏度） A=。 clear。與此同時，另一組硬件課程設(shè)計組，在實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)管道太短，管壁摩擦力影響較大等問題，所以本課程設(shè)計與現(xiàn)實情況仍有一定的差距。雙線性變換低通濾波電路不接入原系統(tǒng)，同時假定輸入的雜波為頻率 Hz1000 ，振幅為 V10的正弦波見 75圖 ，整體仿真圖見 85圖 ，并利用 ）式（ 獲得雙線性變換公式13 1??zz，采用 Discrete Transfer F 進行配置見 95圖 ， 未經(jīng)處理的波形見 015圖 ，經(jīng)過雙線性低通濾波的波形見 115圖 。 根據(jù)查閱文獻資料可知， A/D 轉(zhuǎn)換公式為 R EF)12(VVD n ?? 模擬量 芯片的位數(shù)——應與控制器同電壓）芯片采用的參考電壓（——示）般以模擬電壓的形式表—采集到的模擬量（一——轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量—式中模擬量DAnDAVVDREF/ / 同時 D/A 轉(zhuǎn)換公式為 12nREF DVV ?模擬量 我們利用 )(式 搭建 16 位 A/D 轉(zhuǎn)換器見 15圖 ，利用 )(式 搭建 16 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器見25圖 ，整體圖見 35圖 （實際情況下，可以綜合精度和成本原因，選擇 12 位芯片） 。 圖 43 閉環(huán)系統(tǒng)整體設(shè)計圖 圖 44 小球 波形圖 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 23 圖 44 小球 波形圖 圖 44 小球 波形圖 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 24 5 系統(tǒng)現(xiàn) 實 環(huán)境的 改進 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換 在現(xiàn)實情況下，傳感器采集到的模擬量是無法直接傳給控制器的，必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 //九級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //八級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //七級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //六級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //五級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //同上，四級限速 if(u1[0]||u3[0]) { y[0]=0。 //三級限速 if(u1[0]||u3[0])//當高度超過給定高度 { y[0]=0。 //二級限速 if(u1[0]||u3[0])//當高度超過給定高度 { y[0]=0。//輸出電壓占空比為 100%的力 //一級限速 if(u1[0]||u3[0])//當高度超過給定高度 { y[0]=0。//輸入最終平衡力 const real_T *u3 = (const real_T*) ssGetInputPortSignal(S,2)。 規(guī)則庫的設(shè)計 在進行規(guī)則庫的設(shè)計時，我們發(fā)現(xiàn)小球的質(zhì)量過輕，導致短時間內(nèi)加速度過大，不易減速，從而產(chǎn)生嚴重的波形震蕩，為此我們再設(shè)計小球運動控制規(guī)則時，以限速為主要前提，采用九級限速，速度逐級遞減，從最初的允許最大速度為 sm/ 到最終允許最大速度為 sm/ ，同時高度誤差小于 cm2 ，采用平衡吹力的方式，即在給定高度滿足 windFmg?關(guān)系。在改造的過程中，由于實際原因，尚存在許多系統(tǒng)參數(shù)無法測定或者測定方式及其復雜，理論的精確控制難以實現(xiàn)，所以我們決定采用簡化的模糊控制算法來進行系統(tǒng)的閉環(huán)控制，見 14圖 。我們?yōu)榱蓑?證其準確性，我們選取給定高度為 、 、 三種高度進行測試，其波形見 183圖 、 193圖 、 023圖 ，經(jīng)測試，小球均在給定高度上下浮動，符合開環(huán)系統(tǒng)要求。在仿真的過程中我們發(fā)現(xiàn)由于下降的過程中，空氣阻力反向，但是 ）式（ 中含有速度的平方項，使得空氣阻力始終為正。 圖 39 對應 0wF 和對應占空比程序編寫 ）式（ ）式（ ）式（ 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 11 圖 311 F0forHGiven與 DutyCycleforF0 對應關(guān)系 圖 310 HGiven與 F0forHGiven對應關(guān)系 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 12 受控平臺的設(shè)計 首先根據(jù) ）式（ 搭建 windF 風力仿真平臺，見 143圖 。由此，我們可以分別將給 定高度對應的 0wF 、占空比計算出來，并利用程序存入分別 和 文本文件中，程序見 93圖 。經(jīng)過分析，小球經(jīng)過長時間的上下浮動，最終將趨于穩(wěn)定。 下面是控制器仿真設(shè)計，我們先設(shè)計 PWM 脈寬調(diào)制， 63圖 為該設(shè)計模塊圖，命名為 PWMVoltage 模塊，該模塊采樣周期設(shè)置為 ms1 ，則輸出 PWM 波形周期為 ms100 。同時為了便于仿真，我們將受 控平臺中各力矢量之和（因為所受各力始終在一條直線上，所以在仿真時可利用簡單的加減模塊，便可得到各力矢量之和）作為輸入量，輸出的實際高度作為輸出量，求出之間的傳遞函數(shù)，這樣最后便可簡化實際高度的求解。 在測定過程中，我們將利用 ）式（ 、 ）式（ 和 ）式（ 進行計算，同時在用電子稱 表 31 直流風扇銘牌參數(shù) ）式（ ）式（ ）式（ ）式（ 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 6 測定風力時，統(tǒng)一距離電子稱約 cm2 ，管道長度為 cm71 。選用的風扇品牌：NMBMAT；型號： 1611RL04WB85，如 22圖 所示?！L扇提供給空氣浮球—到的空氣阻力；—空氣浮球在運動中受——重力加速度；—動的加速度；—空氣浮球在管道中運—；—空氣浮球自身的質(zhì)量—式中Ffgam 開環(huán)系統(tǒng)數(shù)學模型 因為隨著高度的增加，風扇對空氣浮球的推力將會逐漸減弱，主要因素是由于風壓的減小，由風壓公式 2wi nd21 ?? ???WP 圖 31 空氣浮球向上運動受力圖 ）式（ ）式（ 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 5 —風速。本系統(tǒng)分為六個任務組成部分，第一部分是對系統(tǒng)進行建模，對空氣浮球進行的受力分析，然后建立空氣浮球運動的數(shù)學模型；第二和第三部分是 Simulink仿真，分為開環(huán)系統(tǒng)仿真和閉環(huán)系統(tǒng)仿真，包含了控制器和受控平臺的仿真設(shè)計，還有開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的輸出波形驗證；為了使系統(tǒng)更貼近現(xiàn)實，第四和第五部分是 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A