摆型/推车组件

CART / PENDULUM组件如图1所示，使用SIMVESCE™Multibody™在Simulink®中进行建模。金宝app

图1：推车上的倒挂摆锤

图2:Simscape多体模型

这个系统是通过施加一个可变的力来控制的在购物车上。控制器需要将摆锤保持直立，同时将推车移动到一个新位置或者当垂直时垂直时（脉冲干扰）。

控制结构

直立位置对于倒立摆来说是一个不稳定的平衡。电站的不稳定特性使得控制任务更具挑战性。对于本例，您使用以下两环控制结构:

open_system ('rct_pendulum.slx'）set_param（'rct_pendulum'那“SimMechanicsOpenEditorOnUpdate”那“关闭”）;

内圈使用二阶状态空间控制器以直立位置稳定摆锤（外环采用比例导数(PD)控制器控制小车位置。你使用PD而不是PID控制器，因为工厂已经提供了一些积分操作。

设计要求

使用TuningGoal要求指定所需的闭环行为。指定响应时间为3秒，用于跟踪车位置的设定值变化。

%跟踪x命令req1 = tuninggoal.tracking（“xref”那'X'，3）;

充分地抑制脉冲干扰在钟摆的顶端，使用形式的LQR惩罚

这强调了一个小的角度偏移并限制控制努力。

％抑制脉冲障碍DFqxu = diag（[16 1 0.01]）;req2 = tuninggoal.lqg（'df'，{'theta'那'X'那'F'}，1，qxu）;

对于稳健性，在工厂输入需要至少6 dB的增益余量和40度的相余量。

%稳定利润req3 = tuninggoal.margins（'F'6、40);

最后，限制闭环磁极的阻尼和固有频率，以防止混蛋或欠扰的瞬变。

％极点位置MinDamping = 0.5;MaxFrequency = 45;req4 = TuningGoal.Poles (0 MinDamping MaxFrequency);

控制系统调整

当PD和状态空间控制器(1和)的初值为时，闭环系统不稳定， 分别）。您可以使用Systune.共同调整这两个控制器。使用SLTUNER.接口来指定可调块并注册植物输入F作为测量稳定性边缘的分析点。

ST0 = slTuner ('rct_pendulum'，{位置控制器的那“角控制器”}）;addpoint（st0，'F'）;

下一步,使用Systune.调整PD和状态空间控制器，根据上面指定的性能要求。优化符合稳定性边缘和极点定位约束（硬要求）的追踪和干扰抑制性能（软件）。

RNG（0）选项= SystuneOptions（'OrmyStart'5）;[ST，FSOFT] = SYSTUNE（ST0，[REQ1，REQ2]，[REQ3，REQ4]，选项）;

最终：Soft = 1.38，硬= 0.99548，迭代= 248 Final：Soft = 1.44，硬= 0.9992，迭代= 140最终：软= 1.44，硬= 0.9999，迭代= 317 Final：Soft = 1.28，硬= 0.9991，迭代= 264 Final：Soft = 1.44，硬= 0.99957，迭代= 253 Final：Soft = 1.26，硬= 0.99985，迭代= 257

最好的设计实现了靠近1的值，以满足硬要求（难的<1）。这意味着调谐控制系统几乎达到了跟踪和扰动抑制的目标性能，同时满足稳定性边缘和极点定位约束。

验证

使用viewgoal.进一步分析最佳设计如何针对每个需求。

数字（“位置”视图目标([req1,req3,req4]，ST)

这些图表明前两个要求基本满足，而后两个要求则严格执行。接下来，绘制对位置的阶跃变化和对小车的力脉冲的响应。

T = getIOTransfer (ST, {“xref”那'df'}，{'X'那'theta'}）;数字（“位置”，[100 100 650 420]）;子图（121），步骤（t（：，1），10）标题（'追踪定点变化位置'）子图（122），脉冲（t（:,2），10）标题（“对冲动干扰的排斥”）

响应是平滑的与期望的安定时间。检查控制器的调谐值。

c1 = getblockvalue（st，位置控制器的）

名称:Position_Controller并联的连续时间PDF控制器。

C2 = zpk (getBlockValue(圣“角控制器”）））

C2 (s + 12.75) = -1605.6 (s + 4.435 ) --------------------------- ( s + 134.9) (s - 14.14)名称:Angle_Controller连续时间零/钢管/增益模型。

注意，角度控制器具有不稳定的杆，其与植物不稳定杆对进行稳定倒摆。要查看此功能，请在工厂输入中获取开环传输并绘制根轨迹。

l = getlooptransfer（st，'F'，-1）;图Rlocus（L）集（GCA，“XLim”，[ -  25 20]，'ylim'，[ -  20 20]）

要完成验证，请将调谐值上传到Simulink并模拟购物车/摆动组件的非线性响应。金宝app结果模拟的视频显示在下面。

writeblockvalue（st）

图3:带有调谐控制器的小车/摆仿真。

仿真结束后关闭模型。

set_param ('rct_pendulum'那“SimMechanicsOpenEditorOnUpdate”那'在'）;close_system ('rct_pendulum', 0);