机械工程控制基础实验平台使用说明书.docx
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机械工程控制基础实验平台使用说明书
机械工程控制基础
实验平台
使用说明书
2006年9月
目录..........................................................................................................................................2
第一章平台使用的软硬件配置要求............................................................................3
1.1实验平台对电脑硬件的要求………………………………………………….3
1.2实验平台对软件的要求……………………………………………………….3
第二章simulink主要模块的介绍……………………………………………………4
2.1部分主要simulink模块的介绍………………………………………………..4
2.1.1InitOpenIPpos.dll……………………………………………………………4
2.1.2GetCurPos.dll………………………………………………………………..4
2.1.3SetPara.dll…………………………………………………………………...5
第三章一维平台实验操作……………………………………………………………..7
3.1实验操作……………………………………………………………………..7
3.2注意事项………………………………………………………………………10
第四章倒立摆运动控制实验操作……………………………………………………11
3.1实验操作……………………………………………………………………….11
3.2注意事项……………………………………………………………………….11
第五章球杆系统运动控制实验………………………………………………………12
第一章平台使用的软硬件配置要求
1.1实验平台对电脑硬件的要求
CPU:
Celeron1G以上
内存:
256M以上(推荐512M)
硬盘:
40G
显卡:
集成
显示器:
17寸纯平
其他的配件不作要求,其中,应提醒的是尽量提升CPU和内存的配置。
如果配有网卡,建议在实验的时候将网卡禁用,以保证程序的正常运作。
1.2实验平台对软件的要求
需要安装Matlab7.0.4version和MicrosoftVisualc++6.0
注意:
安装Matlab7.0.4时,由于常用的安装光盘或者虚拟光驱文件都有三张,最好能全部安装完,以免漏掉simulink等重要部分的安装。
第二章simulink主要模块的介绍
2.1部分主要simulink模块的介绍
由于驱动电机运动的运动指令代码都是在VC下面编写的,所以这里用VC做了一些s-function并生成*.dll文件(使用s-functionexample模板编写好c文件之后再用mex将其编译成dll文件),包括InitOpenIPpos.dll,GetCurPos.dll,SetPara.dll等等,然后将s-function模块拖到SIMULINK下,将模块名命名与s-function的一致即可,下面依次对部分模块所调用的s-function作出简要说明。
2.1.1InitOpenIPpos.dll
初始化运动控制卡,其功能主要是使伺服上电并且设定电机的一些参数,如:
运动模式(速度,位置模式等),最大速度值,最大加速度值等等。
以上这些都已经在InitOpenIP.c文件里面设定好了,可以打开这个文件查看。
比如,我们根据实际情况设定电机的运动模式为位置模式(zl_set_prfl_pos(0)),0为电机的轴号。
2.1.2GetCurPos.dll
读取当前轴的位置。
如果某个simulink模块调用了GetCurPos.dll文件后,在设置参数时需要注意,parameters项填写“1”是代表当前读取的是1号轴即电机轴的位置,如果填写的是“3”则是代表立摆的转动轴,此时读出的是倒立摆的摆角位移。
图2.1
如图2.1所示。
2.1.3SetPara.dll
设置各种不同运动模式时的运动参数,双击调用SetPara.dll的模块,如图2.2所示。
图2.2
图2.3
图2.3中的S-functionparameters填写为“1,2”,1是指当前选择的轴号,2是指需要两个输入端。
例如,在速度模式下,输入端输入的只需要有速度(vel)和加速度(acc)。
而在位置模式下,输入端则要有三个输入,分别为vel,acc和位置值(pos)。
如图2.4所示。
图2.4
以上示意图均可打开mdl文件后右键点击(或双击)模块按选项来查看。
第三章一维平台实验操作
3.1实验操作
具体操作步骤如下:
(1)打开matlab7.0.4,将当前路径改为C:
\MATLAB704\work\Opentech
点击图3.1中红线圈可设置。
图3.1
(2)打开control.mdl,可以直接在命令栏键入control,或者用系统按钮‘openfile’打开。
当工作台处于靠近两端位置的时候,双击‘manualswitch’手动选择‘POS+’或者‘NEG-’,打开电控箱电源,按下启动按钮,再运行control.mdl可以调整工作台的位置,其中‘POS+’为正向运动,‘NEG-’为负向运动。
图3.2
(3)打开ImpulseIn.mdl,如图3.3,并运行,即给工作台输入了单位脉冲信号,双击scope1可以察看工作台的单位脉冲响应曲线,如图3.4。
图3.3
图3.4
(4)打开StepIn.mdl,如图3.5,并运行,即给工作台输入了单位阶跃信号,双击scope1可以察看工作台的单位阶跃响应曲线,如图3.6。
图3.5
图3.6
3.2注意事项
(1)电控箱在通电状态下,严禁拔插任何器件,包括电脑主机上的运动控制卡,否则可能会导致元器件的损坏;
(2)在给平台单位阶跃或脉冲之前,查看平台是否处在靠近两端的地方,可运行control.mdl来移动平台,最好处于中间的位置。
以免运动中会发生撞墙情况;
(3)可以同时打开几个mdl文件,但只能一个个的运行,一般将control.mdl打开后不要关闭,以便能随时运行调整平台位置;
(4)工作台出现任何异常情况时,应该立即断电,关掉开关或者按下急停按钮;
第四章倒立摆运动控制实验操作
4.1实验操作
具体操作步骤如下:
(1)打开matlab7.0,将当前路径改为C:
\MATLAB704\work\Opentech
(2)打开control.mdl,并运行,根据平台的当前位置,将其调整到中间位置;
(3)打开pendx.mdl,如图确保摆杆“自由下垂”,点击“start”按钮后,系统伺服上电,运行界面如图4.1。
(4)用手“逆时针方向(面向摆杆)”轻扶摆杆至竖直方向,进入控制范围后,系统开始平衡控制;点击“stop”按钮后,系统停止平衡控制;
图4.1
(5)如要给倒立摆系统外加一脉冲信号或者阶跃信号,只需双击‘manualswitch’开关。
在选择阶跃之后,需要改变方框内的0为其他任意常值(可正可负),相邻两次所填写数字值之差的绝对值应该小于15,如图4.1所示。
4.2注意事项
(1)出现“失速”情况(工作台撞墙)时,系统会自动关闭伺服。
此种情况下,撞墙后需要用手轻推工作台至中间位置;
(2)其他的如同第三章3.2节;
第五章球杆系统运动控制实验
5.1基于MotionStudio环境操作
5.1.1安装IPMMotionStudio:
从光盘选择“IPMMotionStudio”进入安装界面,然后点击“IPMMotionStudioSetupKit”选项,按照提示步骤进行安装。
5.1.2将MCQG文件夹拷贝到用户指定电脑硬盘位置。
5.1.3从桌面上运行:
IPMMotionStudio
图5.1IPMMotionStudio窗口
5.1.3从菜单打开工程:
图5.2打开工程文件
如果没有显示工程视图:
按如下操作:
图5.3显示工程视图菜单
图5.4工程视图
如果出现:
端口找不到,则通过菜单进行端口设置:
图5.5端口设置视图
显示控制界面:
图5.6控制界面显示菜单
图5.7控制界面
5.1.4运行控制程序
手动将球杆扶水平:
点击运行图标:
当控制开始后,放开扶手,如下图点击开始实时监控:
从控制界面可以观察到钢球的运动参数:
左边实际测量参数曲线,包括钢球位置、误差,点击位置、速度等参数曲线。
右边参数栏及控制按钮栏可以设置:
钢球目标位置;
控制器的PID参数;
控制暂停、继续、下伺服等控制操作
详细意义请参考软件设计说明书
5.1.5注意事项
遇到异常情况请点击
(IPM100复位)、
(电机下伺服)、界面上的AXISOFF或直接关掉电源停止电机运动
5.2基于Matlab环境操作
5.2.1软件安装:
matlab的安装请参考第一章,然后将球杆系统的软件MCQG_M目录拷贝到硬盘中。
5.2.2软件simulink接口模块说明:
本模块使用C++编译模式。
5.2.2.1InitIPM_RAM.dll(InitIPM_RAM.dll)
初始化IPM控制卡,该模块有一个输入一个输出,输入为控制端口号(连接的串口),输出为使能信号,触发子系统。
其功能主要是初始化IPM,设置其工作方式(RAM方式),并伺服上电并且。
详细功能见InitIPM_RAM.CPP
5.2.2.2Get_AD.dll
读取IPM控制卡的AD端口信号,该模块有一个输入一个输出,输入为AD端口号(5,2),输出钢球位移(单位mm)。
详细功能见Get_AD.CPP
5.2.2.3Move_Abs.dll
绝对位置运动,该模块有三个输入,分别为设定位置,设定速度,设定加速度。
详细功能见Move_Abs.CPP
5.2.2.3滤波器(低通),通过fdatool设计,PID控制器等
关于模块的使用方法,请参考第二章
5.2.3操作界面
启动matlab/simulink后,在simulink下打开MCQG_M目录中的mcqg.mdl文件;
设置matlab的工作目录为:
..\MCQG_M;
正确设置串口好,AD号;
主界面图
子模块(subsystem)界面图
启动仿真,调整钢球的设定位置,观察控制效果
调整相应的PID控制器的参数或相关增益,直到钢球达到控制效果。
通过滤波器观察相关曲线:
详细说明见软件设计说明书
5.1.5注意事项
遇到异常情况请点击STOPSIMULATION或直接关掉电源停止电机运动
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- 关 键 词:
- 机械工程 控制 基础 实验 平台 使用 说明书