空气球建模与仿真.pptVIP

空气球建模 主要内容 建模原理 模型参数 小球质量: ； 重力加速度： ； 小球半径： ； 空气密度： ； 小球一半表面积面积： ； 空气阻力系数： ； 运动学分析 根据牛顿第二定律： 和 空气阻力计算公式：（方向与空气球运动方向相反）。 当空气球向上运动时， 当空气球向下运动时， 模型通过PWM（脉冲宽度调制）来控制加在风扇上的电压，从而控制风扇吹力的大小。 空气球受力模型 简化后的模型 由于空气球运动时的最高速度不超过0.08m/s，根据计算，空气阻力f相对于推力F、重力mg，相差5个数量级，所以可以忽略空气阻力，简化后模型为下图： 此时线性模块消除且传递函数可简化为: 输入为 ,输出为h。 模型中关于占空比与力的模块建立 由于以前的旧模型中是非线性的，并且已经给定。而新模型中这一块模型是需要我们来进行准备的建立。 对于这一模块的建立 由于占空比和力是非线性关系，我们利用实验求出多组它们之间的数据。 首先给出多组pwmPostion，运行实验设备。在AS软件上读出小球上升稳定高度相应的h值,利用trace工具得到小球的上升时间t。 我们把此过程简化为小球的匀加速上升高度h的过程，风扇产生的力F考虑为平均。根据力学关系，我们得到F与高度 h和上升时间t的关系。最后可得到多组占空比与力的实验数据，得到它们的非线性关系。 整体模拟框图 模型的PID参数整定 基于整体模型，要想达到比较理想的仿真图像，必须给予一定的PID 整定。 对于PID整定，利用NCD模块是个简单又方便的办法。 NCD模块是MATLAB中的Signal constraint。通俗的理解即为信号模拟。 首先给定一组PID的值，理想的输出效果。 设计NCD模块中的Kp,Ki,Kd的范围。只要启动这一模块，即可对信号的输出进行追踪。 可以得到理想PID的值。 NCD模块优化PID系数 空气球实体反馈环节的设计 由于在AS软件中空气球实体的输入，输出分别为（0-—32767）用二进制表示实际的高度，所以为了方便理解，必须把这一科学计数变为实际数值即是高度（mm). 假设这一模块为线性模块。即：h=k*SetPostion+b。只要求出k,b即可。 在这一环节中，我们通过手动模式下改变SetPostion的值，根据传感器上得出数据以及我们用尺子量的乒乓球的高度，较理想的得到了k,b的值。 反馈环节框图 * * 东华一队 王飞 韩俊芳 王强 建模原理 PID参数整定 系统方框图 首先是硬件的构成 1）控制器(x20cp1484) 2）底座 3）风扇(24v) 4）传感器(超声波传感器) 5）管道(40cm) 6）空气球