【正文】 Technology,201037。InstituteUpPendulum 參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：中國(guó)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(chē)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(kāi)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(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所, 2008[11] 衣袖帥, 黃志剛, 孫明濤. ADAMS 和 MATLAB聯(lián)合仿真技術(shù)應(yīng)用[J].北京工商大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 27( 5) [12] 郭衛(wèi)東. 虛擬樣機(jī)技術(shù)與 ADAMS 應(yīng)用實(shí)例教程[M].: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2008[13]Yuan inference control for balancing an inverted pendulum[J]. Fuzzy Optimization and Decision Making,2012 ,[14]Mohd Khairi Bin Mohamed Nor,Shigenori servo control of an inverted pendulum system[J]. Artificial Life and Robotics,2012,[15]David在整個(gè)仿真過(guò)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(guò)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)。所以，實(shí)現(xiàn)兩者的聯(lián)合仿真很有意義。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?？梢哉f(shuō)，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(guò)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(guò)程。圖56 擺角輸出曲線 圖57 小車(chē)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(chē)位移輸出與在ADAMS中一致。運(yùn)行結(jié)束后，在Simulink中點(diǎn)擊觀察輸出波形。最后單擊菜單【Simulation】→【Start】開(kāi)始進(jìn)行仿真計(jì)算。仿真設(shè)置和仿真計(jì)算。 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)。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。通過(guò)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(guò)程如圖53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。其中力F為ADAMS的輸入變量，geiding、angle和X為ADAMS的輸出變量。通過(guò)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。 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。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。在下面的仿真過(guò)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。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(lái)，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(wèn)題，也可以方便解決。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(lái)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(guò)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。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。通過(guò)PID控制添加在小車(chē)上的力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)擺角和小車(chē)位移的控制。本章小結(jié)在本章中，我們?cè)贏DAMS在完成了對(duì)倒立擺系統(tǒng)的建模和仿真，分別仿真了未加控制時(shí)和加PID控制時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由PID控制的水平方向上的力的曲線圖如圖48所示。 圖47 PID參數(shù)調(diào)節(jié)后擺角與小車(chē)位移輸出圖由圖47可以看出，（即5176。進(jìn)入后處理界面，載入動(dòng)畫(huà)并錄像保存。調(diào)節(jié)好參數(shù)后再次仿真。 圖46 PID參數(shù)調(diào)節(jié)前擺角與小車(chē)位移輸出圖，擺角和小車(chē)位移均未能達(dá)到控制，輸出發(fā)散，需要調(diào)節(jié)PID參數(shù)。（4）PID參數(shù)調(diào)節(jié)仿真分析后得到擺角和小車(chē)位移的輸出入圖46所示。（2） 創(chuàng)建PID環(huán)節(jié)單擊控制環(huán)節(jié)工具包中的PID按鈕，利用sum1和input3建立PID環(huán)節(jié)PID_1。從以上仿真分析可得出，在未加控制時(shí)，擺角和小車(chē)位移都不能達(dá)到我們要的要求，要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩者的控制，必須加入PID控制。未加控制時(shí)小車(chē)位移input_4輸出如圖45所示。未加控制時(shí)擺角input_2輸出數(shù)據(jù)圖像如圖44所示。 圖43 保存動(dòng)畫(huà)在后處理模塊中，通過(guò)菜單【View】→【Load Plot】，通過(guò)選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，繪制出相應(yīng)的結(jié)果曲線。單擊播放按鈕后開(kāi)始播放動(dòng)畫(huà)，如果在播放同時(shí)按下記錄按鈕，在播放動(dòng)畫(huà)的同時(shí)也將動(dòng)畫(huà)保存到動(dòng)畫(huà)文件中，動(dòng)畫(huà)文件位于ADAMS的工作目錄下。（2）結(jié)果后處理按下鍵盤(pán)上的F8鍵，界面將從View模塊直接進(jìn)入到PostProcess模塊，在后處理模塊，通過(guò)菜單【View】→【Load Animation】可以載入動(dòng)畫(huà)。圖42 倒立擺動(dòng)力學(xué)模型 PID控制 不加控制時(shí)系統(tǒng)仿真分析（1）運(yùn)行仿真計(jì)算 利用上一節(jié)建立的模型，把添加在小車(chē)上的力設(shè)置為10N，單擊主工具欄的仿真計(jì)算按鈕，仿真時(shí)間End Time設(shè)置為10，仿真步數(shù)Steps設(shè)置為500，然后單擊運(yùn)行按鈕進(jìn)行仿真計(jì)算。設(shè)置input_1為0*pi，把input_2與input_3分別與相應(yīng)的Marker相關(guān)聯(lián)。（3）添加驅(qū)動(dòng) 在主工具箱中選擇Force工具，設(shè)置Force值為0，在小車(chē)水平方向添加力，這個(gè)力是對(duì)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行控制的關(guān)鍵。在小車(chē)和擺桿之間添加轉(zhuǎn)動(dòng)副Revolute，同樣，小車(chē)也只有一個(gè)自由度，它只能繞著小車(chē)沿著水平面旋轉(zhuǎn)。（2） 添加約束在小車(chē)和地面之間添加平移副Translational，添加方式為2body1loc方式，分別選擇大地和小車(chē)，在小車(chē)質(zhì)心處添加平移副。選中小車(chē)，右鍵點(diǎn)擊修改小車(chē)特性參數(shù)，同樣，*m。在倒立擺系統(tǒng)中建模仿真可以按以下步驟來(lái)進(jìn)行。同時(shí)將添加在小車(chē)上的力參數(shù)化，即與PID相關(guān)聯(lián)，經(jīng)過(guò)仿真調(diào)整PID值，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的控制。所以0176。工具箱模塊有7種，其中包括軟件開(kāi)發(fā)工具包（ADAMS/SDK）、虛擬試驗(yàn)工具箱（Virtual Test Lab）、虛擬試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析工具箱（Virtual Experiment Modal Analysis）等。擴(kuò)展模塊由液壓系統(tǒng)模塊 （ADAMS/Hydraulics）、振動(dòng)分析模塊 （ADAMS/Vibration）、線性化分析模塊 （ADAMS/Linear）、高速動(dòng)畫(huà)模塊 （ADAMS/Animation）、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊 （ADAMS/Insight）、耐久性分析模塊 （ADAMS/Durability）、數(shù)字化裝配回放模塊 （ADAMS/DMU Replay）六部分組成。為用戶觀察模型的運(yùn)動(dòng)提供所需的環(huán)境，采用快速高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)顯示仿真結(jié)果。（3）后處理模塊（ADAMS/postprocessor） 后處理模塊可以提供豐富的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)作圖及文件輸出功能。