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文档简介

.,东华一队王飞韩俊芳王强,空气球建模,.,主要内容,建模原理PID参数整定系统方框图,.,建模原理,首先是硬件的构成1）控制器(x20cp1484)2）底座3）风扇(24v)4）传感器(超声波传感器)5）管道(40cm)6）空气球,.,模型参数,小球质量:；重力加速度：；小球半径：；空气密度：；小球一半表面积面积：；空气阻力系数：；,.,运动学分析,根据牛顿第二定律：和空气阻力计算公式：（方向与空气球运动方向相反）。当空气球向上运动时，当空气球向下运动时，模型通过PWM（脉冲宽度调制）来控制加在风扇上的电压，从而控制风扇吹力的大小。,.,空气球受力模型,.,简化后的模型,由于空气球运动时的最高速度不超过0.08m/s，根据计算，空气阻力f相对于推力F、重力mg，相差5个数量级，所以可以忽略空气阻力，简化后模型为下图：此时线性模块消除且传递函数可简化为:输入为,输出为h。,.,模型中关于占空比与力的模块建立,由于以前的旧模型中是非线性的，并且已经给定。而新模型中这一块模型是需要我们来进行准备的建立。对于这一模块的建立由于占空比和力是非线性关系，我们利用实验求出多组它们之间的数据。首先给出多组pwmPostion，运行实验设备。在AS软件上读出小球上升稳定高度相应的h值,利用trace工具得到小球的上升时间t。我们把此过程简化为小球的匀加速上升高度h的过程，风扇产生的力F考虑为平均。根据力学关系，我们得到F与高度h和上升时间t的关系。最后可得到多组占空比与力的实验数据，得到它们的非线性关系。,.,整体模拟框图,.,模型的PID参数整定,基于整体模型，要想达到比较理想的仿真图像，必须给予一定的PID整定。对于PID整定，利用NCD模块是个简单又方便的办法。NCD模块是MATLAB中的Signalconstraint。通俗的理解即为信号模拟。首先给定一组PID的值，理想的输出效果。设计NCD模块中的Kp,Ki,Kd的范围。只要启动这一模块，即可对信号的输出进行追踪。可以得到理想PID的值。,.,NCD模块优化PID系数,.,空气球实体反馈环节的设计,由于在AS软件中空气球实体的输入，输出分别为（0-32767）用二进制表示实际的高度，所以为了方便理解，必须把这一科学计数变为实际数值即是高度（mm).假设这一模块为线性模块。即：h=k*SetPostion+b。只要求出k,b即可。在这一环节中，我们通过手动模式下改变SetPostion的值，根
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