【《转台控制器实验分析案例》2100字】

转台控制器实验分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u7434转台控制器实验分析案例 1271371.1引言 168081.2实验系统的软件组成 1309301.3实验系统的软件实现 2109661.4转台系统性能实验验证 463071.4.1转台速率模式实验 4178851.4.2转台位置归零实验 650561.4.3正弦输入转台空载实验 9156351.4.4正弦输入转台带负载实验 101.1引言在前文中，我们研究并设计了PID控制器与自抗扰控制器，并且完成了MATLAB的仿真试验。下面将在实际的转台上进行设计好的控制器的实验应用。因此，本章将介绍控制系统的软件实现，以某单轴转台为实验对象，将自抗扰控制方法编程实现，并与传统的PID控制器进行对比，从而验证所设计的自抗扰控制器的可行性和实用性。1.2实验系统的软件组成本实验系统是通过LabVIEW语言编程的，按照模块化的方法进行设计。LabVIEW是一种图形化的编程语言[44]，它是一个标准的数据采集和仪器控制的软件，是一个面向最终用户的软件工具。实验系统的整体软件是由上位机和下位机两大部分构成，如图5-1所示。实验系统的上位机采用的是Windows操作系统，主要是实现系统人机交互的功能。上位机提供转台的控制界面，用来接收显示工程人员设置的位置、速度等控制指令输入，同时将位置、速度等控制要求发送到下位机。并且上位机还能接收到下位机反馈回来的系统实时状态，对系统的位置、速度等信息进行实时监控。工程人员还可以在上位机进行LabVIEW代码的编写和调试，然后再下载到下位机当中运行，使得控制系统的开发操作更加便捷。实验系统的下位机是LabVIEW-RT实时系统，完成具体的运动控制功能。通过逻辑控制功能，可以给电机发送使能信号，驱动电机运行，同时实现对电源通断的控制；由此逻辑功能，还可以根据转台反馈的限位信号判断出转台的工作状态是否有异常状况发生，一旦出现意外情况，可以立即产生制动命令，保证整个系统以及被试器件的安全。通过闭环伺服控制功能，可以完成对位置、速率测试等不同需求的实验。数据处理模块可以实时记录转台的运动状态，并生成运动结果文件和日志文件，根据不同需求来处理这些记录好的数据，从而更好的分析转台的性能。图5-1转台控制系统软件组成1.3实验系统的软件实现确定好转台的软件组成之后，需要将设计好的控制器算法编入到软件系统当中。软件系统的具体工作流程都有：1.系统自检2.系统状态设定3.系统初始参数设定4.对编码器反馈信号的实时采集1.采集数据的处理和控制信息的输出6.转台运行状态及数据的实时显示7.系统故障检测与应急处理软件实现具体流程如图5-2所示。图1.2软件系统工作流程图自抗扰控制算法在该软件系统下的流程如图1.3所示。首先读入输入信号的给定值v0和输出信号的反馈的值v图1.3自抗扰控制算法流程图1.4转台系统性能实验验证在实际的单轴转台上进行自抗扰控制器的实验，并且以传统PID控制器作为对比实验，从而验证自抗扰控制器的控制性能。1.4.1转台速率模式实验在空载状态下，对传统pid控制方法下的转台输入10°/s的速率控制指令，得到实际响应结果如图1.4所示。误差曲线如图1.5所示。图1.4pid控制10°/s速率下转台实际响应图1.5pid控制10°/s速率下转台响应误差对传统ADRC控制方法下的转台输入10°/s的速率控制指令，得到实际响应结果如图1.6所示。误差曲线如图1.7所示。图1.6ADRC控制10°/s速率下转台实际响应图1.7ADRC控制10°/s速率下转台响应误差1.4.2转台位置归零实验在空载状态下，对传统pid控制方法下的转台输入指令从150°位置以10°/s的速率归零，响应曲线如图1.8所示。响应误差如图1.9所示。归零后的误差曲线如图1.10所示。图1.8PID控制150°位置归零响应曲线图1.9PID控制150°位置归零误差图1.10PID控制150°位置归零后误差同样在空载状态下，对ADRC控制方法下的转台输入指令从110°位置以10°/s的速率归零，响应曲线如图1.11所示。响应误差如图1.12所示。归零后的误差曲线如图1.13所示。图1.11ADRC控制110°位置归零响应曲线图1.12ADRC控制110°位置归零误差图1.13ADRC控制110°位置归零后误差1.4.3正弦输入转台空载实验在空载的状态下，分别在PID控制和ADRC控制情况下对系统输入一个幅值为0.3°的正弦激励，来分析转台系统的闭环控制特性，1-10Hz的幅频特性如图1.14，1.15所示。传统PID控制器与ADRC控制器在10Hz范围内的幅值变化都不超过10%，且相角差都小于10°。比较来看，基于ADRC控制器的相位损失更小，幅值衰减也更小，跟踪效果比PID更好。图1.14空载实验响应幅值比图1.15空载实验响应相位差1.4.4正弦输入转台带负载实验带负载实验将验证自抗扰控制器对因负载更换导致模型参数摄动的抗扰抑制能力。在单轴转台上对称放置两个5kg的铁块，同样分别在PID和ADRC控制情况下的系统输入一个幅值为0.3°的正弦激励，得到1-10Hz的响应幅频特性如图1.16和1.17所示。加入负载之后，在10Hz频率响应下的ADRC的幅值特性变化在6%以内，相位角变化在5°以内，则加入负载之后的转台仍然满足10Hz带宽的“双十”指标，由图可知自抗扰控制器的抗扰性能强于PID控制器。图1.16带负载实验响应幅值比图1.17带负载实验响应相位差在负载变化时，基于自抗扰控制器的频率特性变化如图1.18所示，PID控制器的频率特性变化如图1.19所示，由图可知，负载变化前后，PID控制器的频率特性变化明显，模型摄动较大时，控制效果性能急剧下降。而ADRC控制器的频率