空气球系统建模与仿真.pdfVIP

第29卷 第1O期 计 算 机 仿 真 2012年10月 文章编号：1006—9348(2012)10—0135—05 空气球系统建模与仿真 韩俊芳，石红瑞，王勋宝 (东华大学信息科学与技术学院，上海201620) 摘要：研究空气球系统模型的优化，为稳定性控制提供依据。系统由控制器、风扇、玻璃管、空气球等构成 ，是一类复杂的非 线性系统。由于外部工作环境中风速、空气球 自身转速和高度的影响造成空气球系统稳定性和响应特性差，为解决空气球 高度的稳定控制，提出建立被控对象的精确数学模型。采用机理建模的方法依据风机工作原理、流体力学、伯努利方程、转 子流量计基本原理以及空气球受力情况建立了由输入电压到空气球高度响应的数学模型。最后在Maflab软件上对空气球 模型进行了仿真。仿真结果与空气球系统实验结果吻合，证明了所建模型的有效性，为空气球系统的稳定性控制提供了 依据。 关键词：空气球系统；数学方法；系统仿真 中图分类号：N945．12 文献标识码：B M odelingandSimulationofAirBallSystem ， HANJun—fang，SHIHong—rui，WANGXUll—bao (CollegeofInformationScienceandTechnology，DonghuaUniversity，Shanghm201620，China) ABSTRACT：Thispaperstudiedtheairballsystem modeloptimization，andprovidedthebasisforstabilitycontro1． Airballsystem consistsofaDCelectricmotor，afan，aglasstube，anairballetc，andisakindofcomplicatednon— linearsystem．Becausewindspeedintheexternalenvironment，airball Sspeedandtheheight，impacttheairball system’Sstabilityandresponsecharacteristic，inordertorealizetheairballheightstbailitycontrol，themathematical modelofthesystem isneeded．Thispaperbuiltthesystem modelbased on thevoltageresponsingtotheairball height，accordingtowindmachineprinciple，fluiddynamics，Bernoulliequation，rotorflowmeterprincipleandair ballstressanalysis．Finally，simulationthebasedonthewholemodelwasdonewithMatlab／Simulink．Th esimula— tionresultwascomparedwiththephysicalresponsecurvetoshow thatthemodelisaccurate． KEYW ORDS：Airballsystem；Mathematicmethod；System simulation 数学模型，并进行了仿真，验证了模型的正确性。 l 引言 空气球系统不仅是过程控制系统，而且也是运动控制系 2 空气球系统建模结构 统。它具有模型复杂，非线性和多扰动等特点，一直都是控 空气球控制系统。如图 1所示。空气球运动系统装置 制领域研究的难点之一。