1. 實驗介紹
倒立擺（Inverted Pendulum）是典型的多(duō)變量、高(gāo)階次、非線性、強耦合、自然不穩定系統。倒立擺系統的穩定控制(zhì)是控制(zhì)理(lǐ)論中的典型問題，能有(yǒu)效反映控制(zhì)理(lǐ)論中的許多(duō)關鍵問題，如非線性問題、魯棒性問題、随動問題、鎮定、跟蹤問題等。因此倒立擺系統作(zuò)為(wèi)控制(zhì)理(lǐ)論教學與科研中典型的物理(lǐ)模型，常被用來(lái)檢驗新的控制(zhì)理(lǐ)論和(hé)算(suàn)法的正确性及其在實際應用中的有(yǒu)效性。
圖1-1 Simulink倒立擺模型
本實驗設計(jì)包含Matab-Simulink模型修改，測點、通(tōng)道(dào)、AOE圖配置表格的編寫，低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的連接與使用。基于低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)無需編程的特點，通(tōng)過硬件在環的仿真方式，可(kě)以免除學員為(wèi)學習編程語言帶來(lái)的額外負擔，更加專注于控制(zhì)本身，加深學員對控制(zhì)原理(lǐ)的理(lǐ)解與掌握。
2. 實驗目标
2.1 成功連接并運行(xíng)低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)；
2.2 實現Simulink模型與低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的硬件在環通(tōng)信；
2.3 基于倒立擺控制(zhì)原理(lǐ)，編寫低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)配置表格并成功實現控制(zhì)。
3. 實驗模型
本實驗原始模型來(lái)自于Simulink官方的倒立擺控制(zhì)模型，在MATLAB命令行(xíng)窗口中輸入命令：penddemo；可(kě)打開(kāi)該模型，如下圖所示：
該模型中包含LQR控制(zhì)模塊、前饋控制(zhì)模塊與PI控制(zhì)模塊，當采用低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)時(shí)，需要将所有(yǒu)的控制(zhì)模塊替換為(wèi)S-函數(shù)，在S-函數(shù)中實現與低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)通(tōng)信功能，上(shàng)送倒立擺數(shù)據并接收控制(zhì)信号，修改後的模型如下圖所示：
4. 實驗步驟
低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的特點在于不需要對控制(zhì)器(qì)進行(xíng)代碼的編寫，隻要在excel文件之中進行(xíng)測點配置、通(tōng)信通(tōng)道(dào)和(hé)AOE配置就可(kě)以實現相應的控制(zhì)。将控制(zhì)器(qì)電(diàn)源線與電(diàn)源相連，打開(kāi)電(diàn)源開(kāi)關，再用網線将控制(zhì)器(qì)與計(jì)算(suàn)機連接，就可(kě)以使用。利用發現工具獲得(de)控制(zhì)器(qì)ip，如下圖所示：
當控制(zhì)器(qì)啓動并接入計(jì)算(suàn)機，被計(jì)算(suàn)機發現後，可(kě)以得(de)到如下界面（打開(kāi)一個(gè)浏覽器(qì)，并輸入控制(zhì)器(qì)地址也可(kě)以得(de)到如下界面）。
點擊界面中控制(zhì)器(qì)id，進入控制(zhì)器(qì)配置界面，選擇并導入測點、通(tōng)道(dào)和(hé)AOE配置文件（excel文件另存為(wèi).csv格式文件後使用，可(kě)點擊文末附件下載配置文件和(hé)仿真模型，其中points-aoe-penddemo.csv為(wèi)測點配置文件，tcp-mbd-transport.csv為(wèi)通(tōng)道(dào)配置文件，aoe-penddemo.csv為(wèi)AOE配置文件，penddemo_test.slx為(wèi)仿真模型，modbusCom.m為(wèi)S-函數(shù)源文件），點擊界面中的“reset”即可(kě)保存配置并運行(xíng)控制(zhì)器(qì)。
5. 運行(xíng)結果
先運行(xíng)低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)，再運行(xíng)Simulink模型，進行(xíng)仿真。得(de)到的利用低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)的控制(zhì)結果如下所示：
由該仿真實驗可(kě)以看出，使用低(dī)代碼控制(zhì)器(qì)并不需要繁複的程序代碼編寫，隻需要編寫測點配置、通(tōng)信通(tōng)道(dào)配置和(hé)AOE配置文件就可(kě)以實現通(tōng)信和(hé)控制(zhì)功能，與目前常用的其他控制(zhì)器(qì)相比，更方便于非編程技(jì)術(shù)背景人(rén)員的應用。
倒立擺仿真實驗AOE配置文件下載鏈接：
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