转速测量和工作台综合测控实验

1、 转速测量及工作台实验班级：人员：实验项目：工作台实验、转速测量实验时间：2012年6月目 录1、 工作台实验1.1 实验目的- 31.2 实验原理- 31.3 实验代码解析- 51.4 实验结果展示及分析-141.5 实验小结及感想-152、 转子实验台转速测量实验2.1 实验目的-162.2 实验原理-162.3 实验内容及设计过程-162.4 实验代码解析-202.5 实验结果展示及分析-282.6 实验小结及感想-311.1实验目的 实验平台对软件的要求，需要安装Matlab version和Microsoft Visual c+6.0 。MATLAB是目前在国际上被广泛接受和使用的科

2、学与工程计算软件。虽然Cleve Moler教授开发它的初衷是为了更简单、更快捷地解决矩阵运算，但 MATLAB现在的发展已经使其成为一种集数值运算、符号运算、数据可视化、图形界面设计、程序设计、仿真等多种功能于一体的集成软件。通过用matlab对实验工作台进行快进、工进、快退的控制，学习matlab在控制方面的知识。学习matlab种simulink函数的运用。2.2 实验原理运用到的主要simulink模块的介绍。驱动电机运动的运动指令代码都是在VC下面编写的，实验之前已经有了用VC做了一些s-function并生成*.dll文件（使用s-function example模板编写好c文件之

3、后再用mex将其编译成dll文件），包括InitOpenIPpos.dll，GetCurPos.dll，SetPara.dll ，下面依次对部分s-function作出简要说明。 InitOpenIPpos.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)）。GetCurPos.dll读取当前轴的位置。如果某个simulink模块调用了G

4、etCurPos.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。SetPara.dll设置各种不同运动模式时的运动参数。(1) 仅实现手动的快进及快退功能。要实现快进、工进、快退功能，首先可以从较简单的功能实现开始，因此我们选取了最先实现快进、快退功能来开始试验，下图是实现该功能的原理图：手动切换开关可实现工作台的快进、快退。（2）实现快进、工进及手动的快退功能。执行程序后，工作台开始自动快进，到达预定位置后减速工进，随后手动换开关Manual Switch，实现

5、快退。（3）实现自动地快进、工进和快退。执行程序后，工作台开始自动快进，到达预定位置后减速工进，工进一段时间后达到预定位置，switch自动换向，实现快退。1.3实验代码解析(1)s-function setpara代码#define S_FUNCTION_NAME SetPara#define S_FUNCTION_LEVEL 2 /*定义函数*/#include "simstruc.h"#include "ZLPCIDrv.h"#include "ZLPCI400d.h"#include "PendX.h"/*

6、添加头文件*/#pragma comment(lib, "ZLPCIDrv.lib")#pragma comment(lib, "ZLPCI400d.lib")#pragma warning( disable: 4761 )#pragma warning( disable: 4244 )/*预定义的标识符，指定注释的类型,指定库函数*/-/*=* * S-function methods * *=*/#define ERR_INVALID_PARAM_1 "Invalid axis number. The first parameter mus

7、t be n an unsigned integer number between 1 and 4."#define ERR_INVALID_PARAM_2 "Invalid number of input ports. The second parameter must be n an unsigned integer number between 2 and 5."#define AXIS_NUM (ssGetSFcnParam(S, 0)#define NUM_INPUTS (ssGetSFcnParam(S, 1)/*定义输入值*/#define MDL_

8、CHECK_PARAMETERSstatic void mdlCheckParameters(SimStruct *S) uint8_T axis_num; int_T inputs; axis_num = (uint8_T) *(mxGetPr(AXIS_NUM); if( axis_num < 1 | axis_num > 4 ) ssSetErrorStatus(S, ERR_INVALID_PARAM_1); return; /*AXIS_NUMD 的有效范围*/ inputs = (int_T) (*(mxGetPr(NUM_INPUTS); if( inputs <

9、; 2 | inputs > 5 ) ssSetErrorStatus(S, ERR_INVALID_PARAM_2); return; /* NUM_INPUTS 的有效范围*/* Function: mdlInitializeSizes = */static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S)int i; int_T inputs; ssSetNumSFcnParams(S, 2); if (ssGetNumSFcnParams(S) = ssGetSFcnParamsCount(S) mdlCheckParameters(S); if (ss

10、GetErrorStatus(S) != NULL) return; else return; /* Simulink will report a parameter mismatch error */ inputs = (int_T) (*(mxGetPr(NUM_INPUTS); if (!ssSetNumInputPorts(S, inputs) return; for(i=0; i<inputs; i+) ssSetInputPortWidth(S, i, 1); ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, i, 1); if (!ssSetNumOut

11、putPorts(S, 1) return; ssSetOutputPortWidth(S, 0, 1); ssSetNumSampleTimes(S, 1); /* Take care when specifying exception free code - see sfuntmpl_doc.c */ ssSetOptions(S, SS_OPTION_EXCEPTION_FREE_CODE);/* Function: mdlInitializeSampleTimes = * Abstract: Specifiy that we inherit our sample time from t

12、he driving block. */static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S) ssSetSampleTime(S, 0, INHERITED_SAMPLE_TIME); ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);/ Function: mdlOutputs = static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid) InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,0); real_T *y = ssGetOutpu

13、tPortRealSignal(S,0);unsigned shortaxis_status, inputs; unsigned short axis_num; /* set the current axis number as defined by S_function first parameter */ axis_num = (uint8_T) *(mxGetPr(AXIS_NUM); inputs = (uint8_T) (*(mxGetPr(NUM_INPUTS);if(inputs >= 2) zl_set_vel(*uPtrs0,axis_num-1);zl_set_acc

14、(*uPtrs1,axis_num-1);if(inputs >= 3) zl_set_pos(long)*uPtrs2,axis_num-1);if(inputs >= 4) zl_set_max_acc(*uPtrs3,axis_num-1);if(inputs >= 5) return;/update card parameters zl_update(axis_num-1); zl_get_status(&axis_status,axis_num-1); /axis_status = 16 & axis_status; /*y = (axis_stat

15、us ? 1 : 0); *y=axis_status&127;/* Function: mdlTerminate = * Abstract: * No termination needed, but we are required to have this routine. */static void mdlTerminate(SimStruct *S)#ifdef MATLAB_MEX_FILE /* Is this file being compiled as a MEX-file? */#include "simulink.c" /* MEX-file in

16、terface mechanism */#else#include "cg_sfun.h" /* Code generation registration function */#endif(2) s-function GetCurPos代码#define S_FUNCTION_NAME GetCurPos#define S_FUNCTION_LEVEL 2/*定义函数*/#include "simstruc.h"#include "ZLPCIDrv.h"#include "ZLPCI400d.h"#include

17、 "PendX.h"/*添加头文件*/#pragma comment(lib, "ZLPCIDrv.lib")#pragma comment(lib, "ZLPCI400d.lib")#pragma warning( disable: 4761 )#pragma warning( disable: 4244 )/*预定义的标识符，指定注释的类型,指定库函数*/-#define ERR_INVALID_PARAM "Invalid axis number. The parameter must be n an unsigned

18、 integer number between 1 and 4."/* total number of block parameters */enum PARAM = 0, NUM_PARAMS;#define AXIS_NUM (ssGetSFcnParam(S, 0)#define MDL_CHECK_PARAMETERSstatic void mdlCheckParameters(SimStruct *S) uint8_T axis_num; axis_num = (uint8_T) *(mxGetPr(AXIS_NUM); if( axis_num < 1 | axis

19、_num > 4 ) ssSetErrorStatus(S, ERR_INVALID_PARAM); return; /* Function: mdlInitializeSizes = */static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S) ssSetNumSFcnParams(S, 1); if (ssGetNumSFcnParams(S) = ssGetSFcnParamsCount(S) mdlCheckParameters(S); if (ssGetErrorStatus(S) != NULL) return; else return; /*

20、 Simulink will report a parameter mismatch error */ if (!ssSetNumInputPorts(S, 0) return; if (!ssSetNumOutputPorts(S,1) return; ssSetOutputPortWidth(S, 0, 1); ssSetNumSampleTimes(S, 1); /* Take care when specifying exception free code - see sfuntmpl_doc.c */ ssSetOptions(S, SS_OPTION_EXCEPTION_FREE_

21、CODE);/* Function: mdlInitializeSampleTimes = * Abstract: Specifiy that we inherit our sample time from the driving block. */static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S) ssSetSampleTime(S, 0, CONTINUOUS_SAMPLE_TIME); ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0); / Function: mdlOutputs =static void mdlOutputs(Si

22、mStruct *S, int_T tid) real_T *y = ssGetOutputPortRealSignal(S,0); uint8_T axis_num; long data; /* set the current axis number as defined by S_function first parameter */ axis_num = (uint8_T) *(mxGetPr(AXIS_NUM); /* get position of axis that is defined by S-func parameter */zl_get_actl_pos(&data

23、,axis_num-1); *y = data;/* Function: mdlTerminate = * Abstract: * No termination needed, but we are required to have this routine. */static void mdlTerminate(SimStruct *S)#ifdef MATLAB_MEX_FILE /* Is this file being compiled as a MEX-file? */#include "simulink.c" /* MEX-file interface mech

24、anism */#else#include "cg_sfun.h" /* Code generation registration function */#endifs-fuction函数 InitOpenIPpos#define S_FUNCTION_NAME InitOpenIPpos#define S_FUNCTION_LEVEL 2/*定义函数*#include "simstruc.h"#include "ZLPCIDrv.h"#include "ZLPCI400d.h"#include "Pen

25、dX.h"/*添加头文件*/#pragma comment(lib, "ZLPCIDrv.lib")#pragma comment(lib, "ZLPCI400d.lib")#pragma warning( disable: 4761 )#pragma warning( disable: 4244 )/*预定义的标识符，指定注释的类型,指定库函数*/* Function: mdlInitializeSizes = */static void mdlInitializeSizes(SimStruct *S) ssSetNumSFcnParams(

26、S, 0); if (ssGetNumSFcnParams(S) != ssGetSFcnParamsCount(S) return; /* Parameter mismatch will be reported by Simulink */ if (!ssSetNumInputPorts(S, 1) return; ssSetInputPortWidth(S, 0, 1); ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1); if (!ssSetNumOutputPorts(S,0) return; ssSetNumSampleTimes(S, 1); /*

27、Take care when specifying exception free code - see sfuntmpl_doc.c */ ssSetOptions(S, SS_OPTION_EXCEPTION_FREE_CODE);/* Function: mdlInitializeSampleTimes = * Abstract: Specifiy that we inherit our sample time from the driving block. */static void mdlInitializeSampleTimes(SimStruct *S) ssSetSampleTi

28、me(S, 0, INHERITED_SAMPLE_TIME); ssSetOffsetTime(S, 0, 0.0);#define MDL_START /* Change to #undef to remove function */#if defined(MDL_START) /* Function: mdlStart = * Abstract: * This function is called once at start of model execution. If you * have states that should be initialized once, this is

29、the place * to do it. */ static void mdlStart(SimStruct *S) InputRealPtrsType uPtrs = ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,0); /performing all necessary initializations ZLLoadDriver();zl_board_reset();Sleep(200);zl_fifo_reset();Sleep(200);zl_set_smpl_time(400);zl_set_kp(0.1,0); zl_set_ki(0.0,0);zl_set_kd(

30、0.0,0);zl_set_kvff(0,0);zl_pid_update(1); zl_set_prfl_pos(0);zl_set_max_acc(7500000,0);zl_set_max_vel(500000,0);zl_set_pos_lm(900000000,0);zl_set_neg_lm(-900000000,0); zl_set_pos_err_lm(32767,0);zl_set_vel(0, 0);zl_set_acc (5000000, 0);zl_update(0);zl_axis_on(0);zl_motor_enable(1); #endif /* MDL_STA

31、RT */ Function: mdlOuts = static void mdlOutputs(SimStruct *S, int_T tid)/* Function: mdlTerminate = * Abstract: * No termination needed, but we are required to have this routine. */static void mdlTerminate(SimStruct *S)zl_motor_enable(0); zl_axis_off(0);ZLUnloadDriver();#ifdef MATLAB_MEX_FILE /* Is

32、 this file being compiled as a MEX-file? */#include "simulink.c" /* MEX-file interface mechanism */#else#include "cg_sfun.h" /* Code generation registration function */#endif1.4实验结果展示及分析快进速度100000，工进速度30000，switch的切换由完成，切换为位移300000（如下图1、2） 图1 图2由工进到快退由有图switch2及控制，（如下图1、2）当位移大于40

33、0000时由工进切换为快退，快退速度为200000，方向由下图3控制图1 图2 图3因此总体控制流程图为：1.5实验小结及感想通过工作台控制实验是一项比较综合的控制实验，包括快进，工进，快退的控制，通过实验了解了matlab的基本用法和simulink函数的用法，学到了知识。同时也让我养成了遇到问题就查阅资料的习惯。2.1 实验目的 S-FUNCTION是simulink模块的计算机语言描述。通过S-FUNCTION，用户可以将自己的模块加入到simulink模型中，从而实现用户自定义的算法或者与硬件的交互。通过此次试验目的在于：1、 学习掌握用matlab编程，绘制采样数据所得图形，并进行图

34、形分析。2、自学matlab编程语言，提升自主学习能力与查阅资料的能力。2.2 实验原理通过转子试验台转子的转动，用磁电传感器测出转子的转速，并将转动信号通过通道发送到计算机中。在界面中显示转动状态，波形，以及将转动参数显示到自己编写的界面之中。测量出转速并显示给用户。建立s-function函数，向simulink提供模型信息，在仿真中simulink，ode求解器，mex-file协作完成指定的任务。2.3 实验内容及过程（一）1、利用s-function模版创建DLL文件。在matlab中新建文件夹，在simulink中选择如图1的模块功能，生成重命名文件，存入指定文件夹。321 图13

35、、 生成的s-function源文件：生成的s-function函数为一个基本的原函数。在mdlInitializeSizes(SimStruct *S)中修改将real_T *y = ssGetOutputPortSignal(S,0)改为real_T*y=ssGetOutputPortRealSignal(S,0);/ssGetOutputPortSignal(S,0);4、 新建mdl文件，添加s-function模块，将其中的s-function改为dll的文件名（myon）5、 添加常数项和to workspace项，保存该dll文件。6、多个输入输出设置：在mdlInitializ

36、eSizes中，修改输入语句为：if (!ssSetNumInputPorts(S, 3) return; ssSetInputPortWidth(S, 0, 1); ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 0, true); /*direct input signal access*/ ssSetInputPortWidth(S, 1, 1); ssSetInputPortRequiredContiguous(S, 1, true); /*direct input signal access*/ ssSetInputPortWidth(S, 2, 1); ss

37、SetInputPortRequiredContiguous(S, 2, true); /*direct input signal access*/ /* * Set direct feedthrough flag (1=yes, 0=no). * A port has direct feedthrough if the input is used in either * the mdlOutputs or mdlGetTimeOfNextVarHit functions. * See matlabroot/simulink/src/sfuntmpl_directfeed.txt. */ ss

38、SetInputPortDirectFeedThrough(S, 0, 1); ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 1, 1); ssSetInputPortDirectFeedThrough(S, 2, 1);7、标注输入输出设置：三个接口没有任何，这样我们就不清楚道理每个接口作用。为此，我们可以在图4.10所示的模块上单击右键，然后选择Mask S-Function， 8、添加控制卡的.h和.lib文件，如图9、采集卡初始化及开启数据采集 在该cpp文件mdlStart(SimStruct *S)函数中添加采集卡初始化以及开启采集任务。 const rea

39、l_T *u1 = (const real_T *)ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,0); const real_T *u2 = (const real_T *)ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,1); const real_T *u3 = (const real_T *)ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,2); double Fs=u10; /采样频率 if( ADCardInit() != 1 ) /采集卡初始化 ssSetErrorStatus(S,"Can't find the DA

40、QCard!"); DAQ1(0x1, 5000, 1024*4 , buffer);/开启采集Fs=5000 pnum=0;/初始化buf指针位置 if( u20 = 1 ) DAQ1(0x1, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 2 ) DAQ1(0x2, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 3 ) DAQ1(0x4, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 4 ) DAQ1(0x8, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 5 ) DAQ1(0x10, Fs,

41、 1024 , buffer); else if(u20 = 6 ) DAQ1(0x20, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 7 ) DAQ1(0x40, Fs, 1024 , buffer); else if(u20 = 8 ) DAQ1(0x80, Fs, 1024 , buffer); else ssSetErrorStatus(S,"channel number is wrong！");ADCardInit()是采集卡DLL函数，作用是初始化采集卡。如果初始化成功则返回1，用于判断是否连上采集卡。 DAQ1()函数为采集卡DLL单通

42、道采样函数，作用是启动采集卡进行单通道数据采集。参数1为采样通道，是以8位2进制数表示各个通道是否开启，如对通道1进行采集，该参数即为：0000 0001；同理，对3通道进行采集，其参数为 0000 0100。通道5对应为0x1010、数据输出 数据输出在mdlOutputs()函数内实现。 int Length=1024*4;/读取的buffer长度 const real_T *u2 = (const real_T *)ssGetInputPortRealSignalPtrs(S,1); ReadDaq(u20,Length, buffer);/从采集卡读取buffer real_T *y

43、= ssGetOutputPortRealSignal(S,0);/获取输出指针 if( pnum >= Length ) pnum=0;/判断指针是否已满 *y = bufferpnum;/输出第pnum个点的值 pnum+;/指针加1 函数ReadDaq()作用是读取下位机buf里的采样数据。 参数1为通道号，分别为1-8； 参数2为buffer长度； 参数3为保存的buffer指针。 11、退出采集卡函数ADCardQuit()是采集卡dll函数，其作用是退出采集卡。static void mdlTerminate(SimStruct *S) ADCardQuit();再次在MAT

44、LAB的Command Window中输入mex MyOn.cpp，完成数据采集卡的程序编写。打开测试实验平台上的直流电源，打开通道1的信号源，返回使用该模块形成的mytemp1.mdl文件，将运行时间改为inf，点击菜单栏上的“保存”图标，点击菜单栏上的“运行”图标，进行执行。双击Scope可以查看采集的信号波形。（二）Gui设计过程1、调用界面设计clf resetset(gcf,'menubar','none')set(gcf,'unit','normalized','position',0.2,0.2,0.

45、5,0.35);set(gcf,'defaultuicontrolunits','normalized')%设置用户缺省控件单位属性值h_axes1=axes('position',0.05,0.55,0.6,0.4); h_axes2=axes('position',0.05,0.05,0.6,0.4); %两轴对象和两个按钮对象 hpush1=uicontrol(gcf,'Style','push',.%制作“采集”按钮 'position',0.8,0.25,0.18,0.15

46、,'string','采集'); hpush2=uicontrol(gcf,'Style','push',.%制作“停止”按钮 'position',0.8,0.05,0.18,0.15,'string','停止');2、设置回调属性%首先运行mytemp1mdl文件%“采集”按键引起的回调 set(hpush1,'callback',. 'set_param(''mytemp1'',''SimulationCo

47、mmand'',''start''),',.'t=timer(''TimerFcn'',''getdata'',''Period'',1,''ExecutionMode'',''fixedSpa cing'',''TasksToExecute'',inf),',.%设置定时器，运行getdata文件，与上面是一行。'pause

48、(2);start(t);',.% 暂停2秒并启动定时器);%“停止”按键引起的回调hpush2=uicontrol(gcf,'Style','push',. 'position',0.8,0.05,0.18,0.15,'string','停止'); %制作“停止”按钮set(hpush2,'callback','stop(t);set_param(''mytemp2'',''SimulationCommand'',''stop'');');%停止定时器 ，mdl文件停止运行2.4实验代码解析（1）MyOn.cpp/* * sfuntmpl_basic.c: Basic 'C' template