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MatLab與ADAMS協同平臺實踐 系統設計小作業(word格式文檔下載)

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ID:303084 發表于 2018-4-7 12:31 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
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
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
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
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
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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