控制系统快速原型化实时仿真平台的开发

摘要

随着社会的进步和发展,市场对产品的需求出现了多样性与快速性,这使得现代企业面临了多样性需求与快速开发之间的矛盾,而快速原型化技术的出现解决了这一问题。目前快速原型化的平台很多,但开放性和通用性较差。
　　 为配合我校教学、方便实验室研究员对控制算法的研究和验证,本课题对目前已有的快速原型化平台进行分析比较后,在MATLAB/Simulink/RTW和dSPACE软件环境下,以dSPACE的DS1104主处理器板做为实时硬件,建立一个可连接多对象的控制系统快速原型化实时仿真平台,包括开发一个连接DS1104和实际控制对象的专用多功能接口装置和一个为用户提供示例和平台使用帮助的GUI操作界面。通过该专用多功能接口装置,不仅可使运行于实时硬件上的控制器输出信号直接驱动被控设备,还简化了用户对平台硬件的操作,只需通过旋钮开关,即可选择不同控制对象,而不必重新连接物理系统与实时仿真平台。
　　 为验证平台的有效性,同时也给用户提供一个平台示例,论文以实验室典型被控设备——吊车摆的数学模型为基础,设计了分级滑模控制的Simulink模型,在快速原型化平台上的仿真结果表明控制效果良好。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 快速控制原型技术

1.2.2 吊车控制算法的研究

1.3 论文研究的主要内容

2 快速原型化平台的搭建

2.1 快速控制原型的概念

2.2 快速控制原型的实现过程

2.3 快速原型化开发平台构建

2.3.1 工程软件环境

2.3.2 硬件环境

2.3.3 快速原型化平台的总体框图

2.4 快速原型化开发平台上的控制器开发

2.5 本章小结

3 快速原型化平台接口装置设计

3.1 DS1104控制器板介绍

3.1.1 外观与结构框图

3.1.2 DS1104处理器板技术特性

3.2 接口电路总体设计

3.3 接口装置的单元电路设计

3.3.1 信号通道板单元电路设计

3.3.2 信号调理板电路设计

3.4 电路印制板的设计与制作

3.4.1 印制板的设计

3.4.2 电路印制板制作

3.5 接口电路调试

3.5.1 断电调试

3.5.2 上电调试

3.5.3 调试中出现的问题及解决方案

3.6 接口试验箱设计

3.7 接口装置跳线分布

3.8 本章小结

4 快速原型化平台用户界面设计

4.1 用户界面功能总体设计

4.2 用户功能界面功能设计

4.2.1 主界面

4.2.2 实时仿真功能界面设计

4.3 本章小结

5 吊车摆滑模控制算法研究

5.1 吊车系统的数学模型

5.2 PID控制

5.2.1 PID控制算法原理

5.2.2 PID控制器的设计

5.2.3 离线仿真结果分析

5.3 滑模控制

5.3.1 滑模控制的基本原理

5.3.2 分级滑模控制的基本原理

5.3.3 分级滑模控制器的设计

5.3.4 仿真分析

5.4 本章小结

6 快速原型化平台在吊车摆中的应用

6.1 吊车摆控制系统的快速原型化

6.1.1 I/O模块的调用

6.1.2 实时程序的生成与下载

6.1.3 控制系统仪表面板设计

6.1.4 变量连接

6.1.5 数据捕获

6.2 吊车摆控制系统快速原型化仿真结果

6.3 调试中出现的问题及解决方案

6.3.1 吊车摆传感器故障

6.3.2 信号干扰

6.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

附录5

附录6

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果