【正文】 在對空氣阻力 f 進行仿真，見 153圖 。說明：在仿真過程中因為小球超過一定高度， windv 會出現(xiàn)賦值，而現(xiàn)實情況下 windv 應(yīng)該逐漸減小到 0。這樣就形成了給定高度與 0wF 開環(huán)對應(yīng)關(guān)系，總體設(shè)計圖見 133圖 ，至此開環(huán)控制器設(shè)計完畢。 在創(chuàng)建并更新好各數(shù)據(jù)文件之后，我們利用 simulink 仿真平臺下的 1D Lookup Table模塊將數(shù)據(jù)表內(nèi)容一一對應(yīng)。 再根據(jù) ）式（ 得 給定高度平衡風(fēng)力 HKvv w in dw ?? 0 )2(1 0AFvKH ww in d ?平衡風(fēng)力給定高度 ? 假設(shè)給定高度為 m1 ，則根據(jù) ）式（ 、 ）式（ 得 NFw ? 正好等于當(dāng)電壓占空比為 %100 是所對應(yīng)的管口風(fēng)力輸出，即我們可將給定高度區(qū)間設(shè)定在 mm ~之間。在趨于穩(wěn)定時我們可以將小球近似看作進入運動速度為 sm/0 ，受 力為 windFmg? 的平衡狀態(tài)。 圖 36 PWMVoltage 模塊圖 圖 35 電壓占空比與實際風(fēng)力對應(yīng)關(guān)系 ）式（ 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 9 在設(shè)計完電壓 PWM 脈寬調(diào)制器后，接下來我們將分析最終實際高度 realH 和管口風(fēng)力圖 38 示波器顯示波形 圖 37 PWM 調(diào)制主程序 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 10 0wF 的關(guān)系。主程序設(shè)計見 73圖 ，同時為驗證模塊的正確性，我們將測試 V12 電壓調(diào)制成 V6 電壓的仿真波形，見 83圖 。 圖 24 開環(huán)方框圖 ）式（ ）式（ 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 8 由 53圖 可知，該電機電壓的大小與風(fēng)扇風(fēng)力的大小近似成線性關(guān)系，并可以根據(jù)此值假設(shè)理論風(fēng)力計算公式為 1 0 0 0200 gF w ??? 電壓占空比 我們將在程序中采用 ）式（ 來確定電壓占空比與風(fēng)力的關(guān)系。 控 制 器 受 控 平 臺給 定 高 度 實 際 高 度 其中將 ）式（ 轉(zhuǎn)化為 22dtHdmFF real?? ?和 拉普拉斯變換得： 22 00 2 11)( )( smssF sH re al ??和 控制器的設(shè)計 控制器設(shè)計方案為采用電壓 PWM 波脈寬調(diào)制的方法調(diào)節(jié)輸出電壓，進而調(diào)節(jié)風(fēng)扇的吹力。 開環(huán)系統(tǒng)模型 simulink 仿真 開環(huán)方框圖及傳遞函數(shù) 根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)的要求，繪制了 43圖 簡易系統(tǒng)框圖，其中控制器是以 12V的 NMBMAT風(fēng)扇采用電壓占空比控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)力，受控平臺則是根據(jù) ）式（ 搭建的Simulink仿真平臺，系統(tǒng)的主要要求為根據(jù)給定高度輸出實際高度。同時系統(tǒng)模型參數(shù)見 23表 所示，測定結(jié)果見 33表 所示。為了確保測得的 windK 有一定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，我們將取三組數(shù)據(jù)進行測定。 該直流電機銘牌如下： 電壓 V 電流 A 功率 W 轉(zhuǎn)速 RPM 風(fēng)量 CFM 12 9 18000 選擇限額為 g500 ，精確度為 的電子稱對微型風(fēng)扇風(fēng)力進行測定，見 33圖 。—空氣浮球上升的實際—數(shù)；—風(fēng)速與高度的比例系——管道口的初始風(fēng)速；—式中r e a lw in dwHKv 0 由 ）式（ 、 ）式（ 和 ）式（ 可得 ? ? AHKAWPF re alw in dw 2021 ???? ?? ?? AFWPv wind 22 ?? 下面根據(jù)實際硬件實物進行對風(fēng)速與高度的比例系數(shù) windK 測定。——空氣密度；——風(fēng)壓；—式中w in d ??WP 得，吹力公式為 AWPF ?? —空氣浮球的截面積。 空 氣浮 球Fmgf 則得 mafmgF ??? 的推力。 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 4 3 空氣浮球運動控制開環(huán)系統(tǒng)分析 與設(shè)計 空氣浮球 的受力 分析 本系統(tǒng)是將空氣浮球置于管道中，通過分析得到 空氣浮球在管道中運動受到風(fēng)扇氣流的吹力、空氣阻力以及自身重力的三個主要因素的影響（忽略管壁對浮球產(chǎn)生的摩擦力）。 計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 3 2 系統(tǒng)概述 本控制系統(tǒng)通過獲得實際高度與給定高度的高度差、實際高度和速度三種測量信號，在控制器中利用所編寫的模糊控制算法實現(xiàn)對高度差、實際高度、速度的判斷，分析 1D Lookup Table 中的數(shù)據(jù)， 根據(jù)規(guī)則庫的規(guī)定輸出其對應(yīng)的吹力，通過九級限速的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，最終使空氣浮球達到給定高度使其趨于穩(wěn)定狀態(tài)。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是工程師便利用各種方法來簡化系統(tǒng)動態(tài)，以達成控制的目的，但卻不盡理想。 利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際 、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。 課題背景和意義 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計 2 析的集成環(huán)境。但是要是從總體上來講，它們?nèi)允菙?shù)控系統(tǒng)，并不是獨立的開放式運動控制器產(chǎn)品。 “八五 ”期間，在國內(nèi)眾多科學(xué)研究者的不斷地努力下，成功地開發(fā)了數(shù)控平臺和藍天型、華中型、航天型、中華型等 4 種系統(tǒng)，這些系統(tǒng)采用基于模塊化基礎(chǔ)上的嵌入式的軟、硬件結(jié)構(gòu) 。 近幾年來，運動控制在其技術(shù)領(lǐng)域不斷地發(fā)展和逐步的完善，在工業(yè)自動化這個領(lǐng)域所涉及到的產(chǎn)品中，運動控制器是個單獨的產(chǎn)品，越來越多的產(chǎn)業(yè)界 開始重視并發(fā)展 它 ，并在目前 所在的市場 上 已經(jīng)具有了一定的 規(guī)模。該計劃在基于開放式的結(jié) 構(gòu)控制器基礎(chǔ)上從而規(guī)定了開放式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)規(guī)格。隨著市場的發(fā)展，通用型運動控制器已成為其必不可少的一部分。這種類型的運動控制器之所以成為能夠獨立運行的控制器，是因為其主要功能通常已經(jīng)根據(jù)應(yīng)用技術(shù)的要求設(shè)計了所需要的功能，用戶只要根據(jù)要求編寫所需要的文件，然后傳送給控制器，控制器就可以完成相關(guān)的動作。 2 系統(tǒng)概述 ..................................................................................................................................... 3 3 空氣浮球運動控制開環(huán)系統(tǒng)分析與設(shè)計 ................................................................................. 4 空氣浮球 的受力 分析 ........................................................................................................ 4 開環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ............................................................................................................ 4 開環(huán)系統(tǒng)模型 simulink仿真 ............................................................................................ 7 開環(huán)方框圖及傳遞