一、概述
倒立擺系統(tǒng)的整定是自動控制理論中的典型問題,在網(wǎng)路上或者書籍中可以找到不少相關的資料知識,整定算法也多式多樣,模糊PID、LQR、以及本文用到的PID等。
在傳統(tǒng)的倒立擺實驗中,常用的仿真工具組合Matlab+Adams、或者構建一個傳遞函數(shù)在Simulink仿真等,或者直接用單片機搭建一套實物系統(tǒng),在網(wǎng)路上也有見到用匯川或者倍福PLC搭建實物倒立擺系統(tǒng)。
二、實現(xiàn)思路
在本文中使用到的環(huán)境正如標題所示Matlab+MCD+PLC,其中Matlab用到是Simulink,PLC用到的是西門子的PLCSIM Advanced,MCD為NX MCD,為純軟件在環(huán)仿真,實驗分兩步走:
1、Simulink(控制算法)+MCD(物理環(huán)境),這一步主要是利用MATLAB豐富的算法模型,方便的搭建控制算法(雖然倒立擺控制算法已經(jīng)很成熟了,大家以點帶面,領悟精神即可)。
2、PLC SIM(從Simulink中移植算法)+MCD(物理環(huán)境),完整實現(xiàn)倒立擺從起擺到整定過程。
三、程序設計及實現(xiàn)
第一步:在MCD中構建倒立擺模型的物理仿真環(huán)境,在Simulink中搭建并級PID控制器。
在Simulink中搭建控制模型,為了方便實驗參數(shù)調(diào)整,這里提前將Simulink調(diào)整為定步長。
實現(xiàn)效果:從波形和實際效果可以看到效果符合預期,且對于手動拖拽擺棍,這種施加外力因素下,也有較好的整定效果。
演示視頻
小結:至此我們已經(jīng)實現(xiàn)了雙環(huán)的控制,并且得到了較好的效果。其實省去了動力學模型分析以及傳遞函數(shù)構建,而是直接放在了MCD的物理環(huán)境中。(當然PID等參數(shù)我也沒有計算,有興趣的朋友可以推導下)。
第二步:將Matlab中的控制算法離散化移植到PLC中,為了貼合實際環(huán)境,采用了工藝對象軸控制滑臺的運動,MCD繼續(xù)引用之前的測試環(huán)境。
實現(xiàn)效果:這一步完整實現(xiàn)了倒立擺從起擺到整定的過程。
審核編輯:劉清
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原文標題:西門子MCD+PLC+Matlab實現(xiàn)倒立擺控制:算法+仿真+控制的完美結合
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