MatLab与ADAMS协同平台实践系统设计小作业(word格式文档下载)

ID:303084 · 发表于 2018-4-7 12:31

课程名称：MatLab与系统设计

实验名称：MatLab与ADAMS协同平台实践

实验原理：对于线性时不变系统（LTI），MatLab提供了以下三个系统分析、设计和仿真平台：LTI Viewer、SISO Design和SimuLink。ADAMS是多体动力学系统建模仿真分析平台，其最有特色的是大位移非线性积分运算。将两者构建成互补分析设计工具，形成了MatLab与ADAMS协同平台。

实验指导书：以下三个上机作业需要写出书面报告！！！

本科生上机作业之一

题目：电机定位系统校正，满足如下要求：

（1）过渡时间小于40ms；（2）超调量小于16%；

（3）静态误差为零；（4）扰动静态误差为零。

目的：熟悉LTI viewer和SISO Design平台。

步骤：

1 创建M-file文挡，并输入如下程序，运行后生成LTI对象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 启动LTI viewer，并画出开环BODE图（拷贝）；

3 启动SISO Design，按照以下顺序进行校正：

加积分环节；加零点（60角频率）；在截止频率附近加滞后环节。

用鼠标移动零点/极点的相对位置，观察相位裕度变化。

4 从analysis→respond to step调用LTI viewer分析闭环阶越响应，

同时，用鼠标上下移动观察阶越响应的超调量变化，直到满足校正要求，拷贝

5从analysis→closed loopbode调用LTI viewer分析闭环BODE图（拷贝）。

本科生上机作业之二

题目：过程控制系统的PID校正（PP219）

目的：熟悉SIMULNK平台，运用PID参数整定方法和非线性控制器参数优化（NCD模块）

步骤：

1 创建MODEL文件，按照以下顺序建立所需的模块：

传递函数模块（continuous/transfer FCN）根据装置传递函数定义相应的系数

PID模块（simulink extras/PID controller）

SUM模块（math operations/sum）定义PID参数（KP、KI、KD）

输入模块（sources/step）

输出模块（sinks/floating scope）

依次连线构成闭环反馈系统

2 设置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），利用折中法找到这样比例环节系数KP，使系统刚好处于临界状态，再利用书PP219表6-1的经验公式计算整定参数；

3 观察参数整定后闭环系统的阶越响应；

4 用（NCD blockset/signal constraint）替换输出模块，并设置优化参数（KP、KI、KD），定义信号响应的边界，进行优化并观察结果；

5 对比参数整定与参数优化的阶越响应（拷贝）。

本科生上机作业之三

题目：应用根轨迹法校正某二阶系统，满足如下指标要求：

（1）过渡时间小于1.5s；超调量小于30%；

（3）开环增益大于10。

目的：熟悉SISODesign，运用根轨迹校正。

步骤：

1创建M-file文挡，并输入如下程序，运行后生成LTI对象my_sys：

clear all

num=1;

den=[1 2 0];

my_sys=tf(num,den);

2启动SISO Design，按照以下顺序进行校正：

根据过渡时间和超调量，设置校正边界；

添加实零点/极点，移动并观察闭环极点变化，确定主导极点位置，观察阶越响应；

添加偶极子，提高开环增益，观察阶越响应。

3 结合本题，理解主导极点和偶极子概念。

考试方法：（上机综合大作业）

本科生上机大作业（一）

题目：小球-杠杆控制问题

目的：熟悉ADAMS与MATLAB协同平台，运用LQG控制技术

步骤：

1 启动ADAMS，调入ball-beam模型，熟悉ADAMS界面、模型；

2 编写脚本文件，输出线性模型my_beam_ball_linmod_；

3 启动MATLAB，编写如下M-file（读入线性模型，简约均衡，可控可观，设计LQG，构成闭环）；

4 利用LTI Viewer分析SIGMA-曲线；利用SIMULINK进行扰动仿真分析；

5 编写后处理文件，输出控制器模型；

6 回到ADAMS环境，修改模型名称，并依照顺序定义：输入变量组、输出变量组，（A，B，C，D）矩阵。

7 定义线性状态方程LSE，定义控制信号变量，修改杠杆力矩变量，

8 进行闭环控制系统仿真，协同仿真。

附录：

线性系统分析设计程序：

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);

控制器模型后处理程序：

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);

本科生上机大作业（二）

题目：集装箱平车垂向弹性振动偏大问题

目的：熟悉ADAMS/RAIL平台，运用刚柔耦合仿真技术

步骤：

1 启动ADAMS/RAIL，调入K6X转向架模板模型，熟悉ADAMS/RAIL的模板建模界面，并应用MNF文件建立柔性车体模型及接口定义；

2 熟悉ADAMS/RAIL的标准建模界面，建立转向架、柔性车体子系统并组装整车模型；

3 设置有关求解器参数，进行预载分析，定义心盘和旁承预载；

4 转到ADAMS/VIEW界面，在摇枕上施加垂向激扰力（加载/减载，低频谐振）；

5 进行整车仿真得到摇振变摩擦悬挂加载/减载曲线和相位图，并分析其变摩擦特性和低频粘-滑振动；

6 将激扰力去掉，进行轨道不平顺激扰仿真，并进行车体垂向加速度的时域/频域分析，得到谱密度PSD。

7 以表格对比形式，给出车体垂向加速度时域统计特征（如MAX、MIN、RMS），和垂向平稳性指标Wzz。

8 根据上述分析数据，给出引起车体弹性振动偏大原因的结论。

附录：

1 K6X交叉杆支撑转向架

三箱重载柔性车体模型

2 车体柔性体是基于有限元FEM模型建立的[8]，其中，约束自由度（14）；固有模态：取前13阶，包括：（1）垂向弯曲模态（7Hz，18Hz）；（2）局部模态（２个，中间鱼复板）；（3）侧扭模态（38Hz）；…等等。由于集装箱地脚锁存在一定程度简化，实际的垂向弯曲模态频率要比计算值稍高一些。

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