建立控制系统的实验指导书汇总

1、在ADAMS/View 中建立控制系统实验指导书哈尔滨理工大学机械动力工程学院机械工程实验中心2013年11月、实验目的掌握在ADAMS中建立控制系统的方法，并达到能够利用软件解决工程实际问题的目的、实验内容完成一个偏心水平连杆的建模及通过PID环节进行负反馈控制实验步骤1)启动ADAMS/View，选择新模型，在模型名输入 7【Un its】命令，设置模型物理量单位，将单位设置成米和牛顿【Setti ngs】【In terface Style】(2) 创建连杆。单击几何工具包中的连杆按钮Control_PID。选择菜单栏【Settings】MMKS，长度和力的单位设置成毫Classic】转换

2、到经典界面，按下F4。5, 将连杆参数设置为Length=400，Width=20 , Depth=20，然后在图形区（0,0,0）水平拖动鼠标，创建一个连杆，如图1。: -1 1*1图1创建连杆(3) 创建旋转副。单击运动副中的旋转副按钮，将旋转副的参数设置为1Location和Normal To Grid,，单击连杆的质心 Marker点,将连杆和大地关联起来。(4) 创建球体。单击几何工具包中的球体按钮，将选项设置为 Add to Part，半径设置为20,然后在图形区单击连杆，再单击连杆右侧的 杆的质心产生了移动。Marker点，将球体加入到连杆上，此时连180，将单分量力矩的选项设(

3、5 )创建单分量力矩。单击载荷工具包中的单分量力矩按钮置为 Space Fixed 和 Normal to Grid，将 Characteristic 设置为 Constant,勾选 Torque 并输入 0, 然后在图形区单击连杆，再单击连杆左侧的Marker点，在连杆上创建一个单分量力矩，如图2所示。图2偏心连杆模型(6) 运行仿真。将仿真时间设置成5s，仿真步数设置成100步，观看连杆在重力作用下的 往复自由摆动。(7) 建立控制系统的环节。单击菜单【 Build】7【Controls Toolkit】【Standard ControlBlocks】后弹出创建控制环节的工具包，如图3所示

4、。单击输入环节按钮丄,将Name输入框中的名称修改成.Control_PID.input_angl，单击Function输入框后的I,弹出函数构造 器，在函数类型下拉列表中，选择Displacement项，然后单击 Angle abut z,再单击Assist按钮，如图4所示，在To Marker输入框中鼠标右键，在弹出的菜单中选择 【Marker】7【Pick】 项，然后单击与旋转副关联的PART2.MARKER_3(如果比较难选，可在旋转副上右键，弹出选择对话框，选择 PART2.MARKER_3即可)，在From Marker输入框拾取旋转副关联的 ground.MARKER_4，单击

5、OK 后，函数构造器应显示 AZ(MARKER_3 , MARKER_4)，在 末端输入*180/pi，最后表达式为 AZ(MARKER_3 , MARKER_4)*180/pi，单击 OK，再单击 apply。单击亠I,用同样的方法创建第 2个输入，名称为.Control_PID.input_angl_velo，选择I Velocity项，单击, About Marker可以不输入，如图 5所示。再单击 Assist项，最后函数表达式为 WZ(MARKER_3 , MARKER_4)*180/pi，单击OK ,再单击apply。单击按钮血，再创建一个输入，名称为.Control_PID.in

6、put_1，函数表达式为0，单击 apply。Modi'fy Controls Block图3创建控制环节工具包To Marker MARKER_3From Marker MARKER 4OKApplyCancel图4函数辅助对话框To Marker MARKER 3From Marker MARKER 4About MarkerOK I ApplyCancel图5函数辅助对话框(8) 创建PID环节。单击控制环节工具包中的PID环节按钮史匕，将Name输入框中的名controls_input 】 controls_input 】 apply。2<1呼儿 QK I Apply I

7、 Close称修改为.Control_PID.input_angl_velo，在input输入框中鼠标右键，选择【 7【Guesses】【lnput_angl】，在Derivate Input输入框鼠标右键，选择【 7【GuesseSI 7【Input_angl_velo】,其他使用默认值，如图 6所示，单击Create Controls BlockzK11 s+b 1s+a 1 s+a1EE3nd fUu上FIDName, j .Control_PID.pid_angl_vieloPID ControllerInput;1 input aan9(Derivative Input.1 nput

8、 arigl veloF* Gain|11 Gain?|' Gain-HlInitial Condition.07图6创建PID对话框(9) 创建比较环节。单击控制环节工具包中的PID环节按钮E，将Name输入框中的名称修改为.Control_PID.sum，在input1输入框中右键，选择【controls_pid】7【Guesses 7 【pid_angl_velo】，在input2输入框中鼠标右键，选择【controls_input】7【Guesses 7 【input_1】，其他使用默认值，单击OK,如图7所示。Create Controls BlockAzK1s+as+b s

9、+adfs)2cwl- ototx tillttPIDName: .Control_PID.£unn|Sumnning JunctionInput 1 pr| pid_angl_veloInput 2:+ II iriput_1OK I Apply I Close图7（10 ）将单分量力矩参数化。 在图像区双击单分量力矩的图标, Function后的按钮I，弹出函数构造器，函数类型选择选择在弹出的编辑对话框中单击Data Element项，选择函数 nrfPMTFfFH 于和，再单击 Assist 按钮，在 Algebraic Variable Name | 输入框中单击鼠标右键，在

10、弹出的菜单中选择 【ADAMS_Variable 1 Guesses! sum _inp ut1】，单击OK，在表达式后添加*（ -1），以表示负反馈，最后表达式为百单击OK，再单击OK。（11）建立测试。在图形区，在旋转副上单击鼠标右键在弹出的菜单中选择Joint:JOINT_1 17 Measure 1 项后，将 Measure Name 的名称修改为 Control_PID.JOINT_1_Angle，在El项将 Component:Characteristic:下拉列表选择陆张滋冋剛間制时1嘲分量设置为Z,如图8所示，单击OK创建第一个测试。用同样的方式为单分量力矩建立一个测试，名称为

11、Control_PID.SFORCE_Torgue，Ch前孔仙Ec 设置为 Torque，分量Component：为z,单击OK，如图9所示。D Joint MeasurtMeasure Name:.CDnlral_PIDJ0ltJT_1_AngleJoint.JOINT 1Chafaclflristic：碉輕 Projected RotationMeasure hame:.CGntrol_PlD SFORCEJorgueSFORCE：SFORCEJCha Factefi Stic：TorqueTComponent:厂 X 广 Y 述广 magGh ingle Componert Force

12、MeasureCompom(: F 汀 ¥ 命皙F 卩职r 2. MARKER 3r gniHind.MAfiKEV' Omlation.From/At:帧 PARTJ'.MARKERjSground MARKER_7Onentation.IRepre&enl coordinates m'F tee Strip Chart11OKCancel(12)进行PID仿真。将仿真时间设置为Represent coordinates in.I? Create Ship Chari011OKApply Cancel20s，仿真步数设置为200步，单击上_1，进行仿

13、10,图 11。图10旋转角度的测试曲线真计算。生成旋转角度的测试曲线和单分量力矩的测试曲线，如图JOINT_l_AngleSFORCE-Torgue(13)单击F8按钮进入后处理模块，选择左上角的Animation项，在显示区右键,在菜单中选择 Load Animation加载动画，在Animation页的右下角勾选厂Superimpose后,开始播放动画，如图12所示。可以看到连杆旋转一定角度后，又回到初始位置，并且逐渐静止不动。Q Adfln4l/PO*tPr«M«i Adflrrtl 20l2akEiLQLai SB 理旦I /Bl? Enit 吐lEH ImIs-

14、 belpAJiimalion迪虽口 MbZ嗽IqH禺画團 參制Name F4erNpnaH| 电 1 Jl| 訂 oIwheV-Li1|2(hAflimation | 谄聊 | Cjmprs | Rflwrd CwixPlEc Vactcr Plots | t f :-1口|卑$吋 LnMi1 Frome/CorYlroljJ| byplay FrameFrame kicmenl 11勺 Trsce Marter |i Sup«firnpa5«Model ln(HjtStart 11Er |291也EpdMrt|R IndudESlEi匚Ufext StatrtLoopI

15、 Far/nr耳 Trail FumK10r IncIlKk CdEactE'J. xl Cl ilJirf ;Trail DflCd Rale 打 |訂1图12(14)修改PID环节的比例、微分和积分增益系数。按F8回到View模块，单击【Edit】Modify】后，弹出数据库导航对话框，在列表中双击Control_PID，然后找到PID环节pid_angl_velo，单击OK按钮后，弹出修改 PID环节的工具包，如图13 O 将 P Gain、I Gain、D Gain均修改为0.2，单击apply按钮后，再进行一次仿真，此时的旋转角度的测试曲线和 单分量力矩的测试曲线，如图14,

16、图 15o旺wK1 1云>GIl-r 1 >11 r r I 旧r<jl_尸1匸> 胡甘_anriMl v-imj-i cd-<->lf I j-i戸IOI - ControlID-incMJt onjzplLJarrvjtRa Input:l_LIR IT.IXII O 3 irIrhitil CJondrtJorh I U UOK1Apply1Cornu1图13修改PID环节的工具包图14旋转角度的测试曲线如图15单分量力矩的测试曲线如果，将将P Gain、I Gain、D Gain均修改为8，单击apply按钮后，再进行一次仿真，此 时的旋转角度的测试

17、曲线和单分量力矩的测试曲线，如图16,图17。通过放大PID环节的增益系数越大，控制效果越好。O JOJNT_l_Angle图16旋转角度的测试曲线550.020 000Current 512.7275,0100200图17单分量力矩的测试曲线设置为1»恤删洲曲倆(15)创建设计变量。单击【Build】7【Design Variable】【New】后弹出设计变量对话 框，将 Name 输入框修改为.Control_PID_Gain，在 Standard Value 输入 1,将 Value Range byLLI，在Min Valual输入0,在gg输入卩勾选厂，并在输入框中输入0.

18、2, 0.6, 2, 6,10，如图18所示。Name .Control PID.PID GainType Real2J Units no_unitsStandard Value 1Value Range byAbsolute Min arid Max ValuesMin Value 0Max Value 10厂 Allow Optimization to ignore rangeP List of allowed valuesGenerate厂 Allow Design Study to ignore listHiOKApplyCancel图18创建PID控制的增益设计变量19,若是提示有错

19、误，建议从头开始再(注：这时会出现警告的对话框，可将其忽略如图 做一遍)1VJUWINC-: Ttu VfelQA ai. .Oqe.-lio1_PID_PZD_ii.lBi 11 l.dp uKLcb li TiffL Ciu Cif rsbfe feLl«JidCIA*CJd±«图19(16)修改PID环节的增益。如果编辑PID环节的控制工具包没有打开，请单击Edit】7【Modify】后，弹出数据库导航对话框，在列表中双击Control_PID，然后找到PID环节pid_angl_velo ,单击OK按钮后，弹出修改PID环节的工具包。在P Gain输入框中

20、单击鼠标 右键，在弹出的菜单中选择【Parameterize! 7【Referenee Design Variable】，然后弹出数据库导航对话框，在其中找到PID_Gain变量，单击OK，将PID环节的P Gain参数化。将I Gain 和D Gain改为0,单击apply。(17 )进行参数化计算。单击菜单【 Simulate! 7【Design Evaluation】后，弹出参数化对话框，将Study a:设置为Measure，选择Mazinwm of二J项，并在其后的输入框中用快20。捷方式输入I JOirJT_1_Angle，在Design Variable:项后的输入框中右键选择【

21、Variable! 7Guesses】【】【PID_Gain】，单击Start按钮开始参数化计算，如图Design Evaluation TootsModelSimulation Script:|Control_PIDI Control PID.LasStudy aMeasure LObjectiveI Maximum ofI JO(NT 1 Angle<* Design Study 广Design of Experiments 广OptimizationDesign VariableI PID GainDefault Levels:IsSettings:Display- | Outpu

22、t- | Optimizer- |Start邑El圈图20参数化设计对话框(18)结果后处理。计算结束后显示出图21、图22、图23。225.01100.0-25l00.010 020.0图21775.00375.010.020.0农-2§.0图22图23鼠标右键以上三个图中的任意一个，显示Plot: scht1再选择Transfer To Full Plot，进入后处理模块，如图24、图25。Q Adanw/PcKrRj-ciCM-EOi- Mbg 3012 file £dit VJ Elat 工口凶弓 tHpL=J I 0【f 4WmEDl PID L paje.i*1

23、500.0AISDO -lOD.O JiCKOlrial_1 =Irial =lrial_JTn心 Trial_SOirjT rnBeIJIJWirW Fill创0.0rd1DlOTie? LszJIfi.BZO.D0肝 I Math ISifMulalionReBun SetFiherJjSaurct I 艮Hfljjtl S«名三|Fihflr p12311-CompoMrtbidopofidarri Akik-卜 Timn-厂t ±put_l* lEpuc_ui71JOIHI.lCM =_=_* to+ pld_ir71_'M*loSinE_l_；BECH qCMh.iu_Z”H Add CIXW4 m C<jrrert_2.SurfAid CurvesClD-ar PledPagn 1 对图24连杆转角在每次试验中的随时间的变化情况Q Adams/PDEtPrcKesEor Addms 2D1jBle Edri 坐ew Sol IdoIs 出IpPiciLing耳圖屯昌日JIA 乂心园出画BIBI Pl al (BE H.> 占Contel-PID i-DpageJ r-:+. I lpage_3Jame FilterDat