MatLab與ADAMS協(xié)同平臺實踐系統(tǒng)設(shè)計小作業(yè)(word格式文檔下載)

ID:303084 · 發(fā)表于 2018-4-7 12:31

課程名稱：MatLab與系統(tǒng)設(shè)計

實驗名稱：MatLab與ADAMS協(xié)同平臺實踐

實驗原理：對于線性時不變系統(tǒng)（LTI），MatLab提供了以下三個系統(tǒng)分析、設(shè)計和仿真平臺：LTI Viewer、SISO Design和SimuLink。ADAMS是多體動力學(xué)系統(tǒng)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(gòu)建成互補分析設(shè)計工具，形成了MatLab與ADAMS協(xié)同平臺。

實驗指導(dǎo)書：以下三個上機作業(yè)需要寫出書面報告�。�！

本科生上機作業(yè)之一

題目：電機定位系統(tǒng)校正，滿足如下要求：

（1）過渡時間小于40ms；（2）超調(diào)量小于16%；

（3）靜態(tài)誤差為零；（4）擾動靜態(tài)誤差為零。

目的：熟悉LTI viewer和SISO Design平臺。

步驟：

1 創(chuàng)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(huán)BODE圖（拷貝）；

3 啟動SISO Design，按照以下順序進行校正：

加積分環(huán)節(jié)；加零點（60角頻率）；在截止頻率附近加滯后環(huán)節(jié)。

用鼠標(biāo)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(diào)用LTI viewer分析閉環(huán)階越響應(yīng)，

同時，用鼠標(biāo)上下移動觀察階越響應(yīng)的超調(diào)量變化，直到滿足校正要求，拷貝

5從analysis→closed loopbode調(diào)用LTI viewer分析閉環(huán)BODE圖（拷貝）。

本科生上機作業(yè)之二

題目：過程控制系統(tǒng)的PID校正（PP219）

目的：熟悉SIMULNK平臺，運用PID參數(shù)整定方法和非線性控制器參數(shù)優(yōu)化（NCD模塊）

步驟：

1 創(chuàng)建MODEL文件，按照以下順序建立所需的模塊：

傳遞函數(shù)模塊（continuous/transfer FCN）根據(jù)裝置傳遞函數(shù)定義相應(yīng)的系數(shù)

PID模塊（simulink extras/PID controller）

SUM模塊（math operations/sum）定義PID參數(shù)（KP、KI、KD）

輸入模塊（sources/step）

輸出模塊（sinks/floating scope）

依次連線構(gòu)成閉環(huán)反饋系統(tǒng)

2 設(shè)置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），利用折中法找到這樣比例環(huán)節(jié)系數(shù)KP，使系統(tǒng)剛好處于臨界狀態(tài)，再利用書PP219表6-1的經(jīng)驗公式計算整定參數(shù)；

3 觀察參數(shù)整定后閉環(huán)系統(tǒng)的階越響應(yīng)；

4 用（NCD blockset/signal constraint）替換輸出模塊，并設(shè)置優(yōu)化參數(shù)（KP、KI、KD），定義信號響應(yīng)的邊界，進行優(yōu)化并觀察結(jié)果；

5 對比參數(shù)整定與參數(shù)優(yōu)化的階越響應(yīng)（拷貝）。

本科生上機作業(yè)之三

題目：應(yīng)用根軌跡法校正某二階系統(tǒng)，滿足如下指標(biāo)要求：

（1）過渡時間小于1.5s；超調(diào)量小于30%；

（3）開環(huán)增益大于10。

目的：熟悉SISODesign，運用根軌跡校正。

步驟：

1創(chuàng)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(jù)過渡時間和超調(diào)量，設(shè)置校正邊界；

添加實零點/極點，移動并觀察閉環(huán)極點變化，確定主導(dǎo)極點位置，觀察階越響應(yīng)；

添加偶極子，提高開環(huán)增益，觀察階越響應(yīng)。

3 結(jié)合本題，理解主導(dǎo)極點和偶極子概念。

考試方法：（上機綜合大作業(yè)）

本科生上機大作業(yè)（一）

題目：小球-杠桿控制問題

目的：熟悉ADAMS與MATLAB協(xié)同平臺，運用LQG控制技術(shù)

步驟：

1 啟動ADAMS，調(diào)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(shè)計LQG，構(gòu)成閉環(huán)）；

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(huán)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(tài)方程LSE，定義控制信號變量，修改杠桿力矩變量，

8 進行閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真，協(xié)同仿真。

附錄：

線性系統(tǒng)分析設(shè)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

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

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

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

fclose(fid);

本科生上機大作業(yè)（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?cè)狁詈戏抡婕夹g(shù)

步驟：

1 啟動ADAMS/RAIL，調(diào)入K6X轉(zhuǎn)向架模板模型，熟悉ADAMS/RAIL的模板建模界面，并應(yīng)用MNF文件建立柔性車體模型及接口定義；

2 熟悉ADAMS/RAIL的標(biāo)準(zhǔn)建模界面，建立轉(zhuǎn)向架、柔性車體子系統(tǒng)并組裝整車模型；

3 設(shè)置有關(guān)求解器參數(shù)，進行預(yù)載分析，定義心盤和旁承預(yù)載；

4 轉(zhuǎn)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(tǒng)計特征（如MAX、MIN、RMS），和垂向平穩(wěn)性指標(biāo)Wzz。

8 根據(jù)上述分析數(shù)據(jù)，給出引起車體彈性振動偏大原因的結(jié)論。

附錄：

1 K6X交叉桿支撐轉(zhuǎn)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(tài)：取前13階，包括：（1）垂向彎曲模態(tài)（7Hz，18Hz）；（2）局部模態(tài)（２個，中間魚復(fù)板）；（3）側(cè)扭模態(tài)（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(tài)頻率要比計算值稍高一些。

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