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1、机械工程控制基础实 验 平 台使 用 说 明 书2006 年 9 月实验平台使用说明书2目 录目录. 2第一章 平台使用的软硬件配置要求. 31.1 实验平台对电脑硬件的要求. 31.2 实验平台对软件的要求. 3第二章 simulink 主要模块的介绍 42.1 部分主要 simulink 模块的介绍. 42.1.1 InitOpenIPpos.dll 42.1.2 GetCurPos.dll. 42.1.3 SetPara.dll. 5第三章 一维平台实验操作. 73.1 实验操作 . 73.2 注意事项10第四章 倒立摆运动控制实验操作113.1 实验操作.113.2 注意事项.11第五
2、章 球杆系统运动控制实验12实验平台使用说明书3第一章 平台使用的软硬件配置要求1.1 实验平台对电脑硬件的要求CPU：Celeron 1G 以上 内存：256M 以上 （推荐 512M）硬盘：40G显卡：集成显示器：17 寸纯平其他的配件不作要求，其中，应提醒的是尽量提升 CPU 和内存的配置。如果配有网卡，建议在实验的时候将网卡禁用，以保证程序的正常运作。1.2 实验平台对软件的要求需要安装 Matlab7.0.4 version 和 Microsoft Visual c+6.0 注意：安装 Matlab7.0.4 时，由于常用的安装光盘或者虚拟光驱文件都有三张，最好能全部安装完，以免漏掉
3、 simulink 等重要部分的安装。实验平台使用说明书4第二章 simulink 主要模块的介绍2.1 部分主要 simulink 模块的介绍由于驱动电机运动的运动指令代码都是在 VC 下面编写的，所以这里用 VC 做了一些 s-function 并生成*.dll 文件（使用 s-function example 模板编写好 c 文件之后再用 mex 将其编译成 dll 文件） ，包括InitOpenIPpos.dll，GetCurPos.dll，SetPara.dll 等等，然后将 s-function 模块拖到 SIMULINK 下，将模块名命名与 s-function 的一致即可，下面
4、依次对部分模块所调用的 s-function 作出简要说明。2.1.1 InitOpenIPpos.dll初始化运动控制卡，其功能主要是使伺服上电并且设定电机的一些参数，如：运动模式（速度，位置模式等） ，最大速度值，最大加速度值等等。以上这些都已经在 InitOpenIP.c 文件里面设定好了，可以打开这个文件查看。比如，我们根据实际情况设定电机的运动模式为位置模式（zl_set_prfl_ pos (0)）, 0 为电机的轴号。2.1.2 GetCurPos.dll读取当前轴的位置。如果某个 simulink 模块调用了 GetCurPos.dll 文件后，在设置参数时需要注意，param
5、eters 项填写“1”是代表当前读取的是1 号轴即电机轴的位置，如果填写的是“3”则是代表立摆的转动轴，此时读出的是倒立摆的摆角位移。实验平台使用说明书5图 2.1如图 2.1 所示。2.1.3 SetPara.dll设置各种不同运动模式时的运动参数，双击调用 SetPara.dll 的模块，如图 2.2 所示。图 2.2实验平台使用说明书6图 2.3图 2.3 中的 Sfunction parameters 填写为“1，2” ，1 是指当前选择的轴号，2 是指需要两个输入端。例如，在速度模式下，输入端输入的只需要有速度（vel）和加速度（acc ） 。而在位置模式下，输入端则要有三个输入，
6、分别为 vel，acc 和位置值（pos） 。如图 2.4 所示。图 2.4以上示意图均可打开 mdl 文件后右键点击（或双击）模块按选项来查看。实验平台使用说明书7第三章 一维平台实验操作3.1 实验操作具体操作步骤如下：（1）打开 matlab7.0.4，将当前路径改为 C:MATLAB704workOpentech点击图 3.1 中红线圈可设置。图 3.1（2）打开 control.mdl，可以直接在命令栏键入 control ，或者用系统按钮openfile打开。当工作台处于靠近两端位置的时候，双击manual switch手动选择POS+或者 NEG ，打开电控箱电源，按下启动按实验
7、平台使用说明书8钮，再运行 control.mdl 可以调整工作台的位置，其中 POS+为正向运动，NEG为负向运动。图 3.2（3）打开 ImpulseIn.mdl，如图 3.3，并运行，即给工作台输入了单位脉冲信号，双击 scope1 可以察看工作台的单位脉冲响应曲线，如图 3.4。实验平台使用说明书9图 3.3图 3.4（4）打开 StepIn.mdl，如图 3.5，并运行，即给工作台输入了单位阶跃信号，双击 scope1 可以察看工作台的单位阶跃响应曲线，如图 3.6。图 3.5实验平台使用说明书10图 3.63.2 注意事项（1）电控箱在通电状态下，严禁拔插任何器件，包括电脑主机上的
8、运动控制卡，否则可能会导致元器件的损坏；（2）在给平台单位阶跃或脉冲之前，查看平台是否处在靠近两端的地方，可运行 control.mdl 来移动平台，最好处于中间的位置。以免运动中会发生撞墙情况；（3）可以同时打开几个 mdl 文件，但只能一个个的运行，一般将control.mdl 打开后不要关闭，以便能随时运行调整平台位置；（4）工作台出现任何异常情况时，应该立即断电，关掉开关或者按下急停按钮；实验平台使用说明书11第四章 倒立摆运动控制实验操作4.1 实验操作具体操作步骤如下：（1）打开 matlab7.0，将当前路径改为 C:MATLAB704workOpentech（2）打开 cont
9、rol.mdl，并运行，根据平台的当前位置，将其调整到中间位置；（3）打开 pendx.mdl，如图确保摆杆“自由下垂” ，点击“start”按钮后，系统伺服上电，运行界面如图 4.1。（4）用手“逆时针方向（面向摆杆） ”轻扶摆杆至竖直方向，进入控制范围后，系统开始平衡控制；点击“stop”按钮后，系统停止平衡控制；图 4.1（5）如要给倒立摆系统外加一脉冲信号或者阶跃信号，只需双击manual switch开关。在选择阶跃之后，需要改变方框内的 0 为其他任意常值（可正可负） ，相邻两次所填写数字值之差的绝对值应该小于 15，如图 4.1所示。实验平台使用说明书124.2 注意事项（1）出
10、现“失速”情况（工作台撞墙）时，系统会自动关闭伺服。此种情况下，撞墙后需要用手轻推工作台至中间位置；（2）其他的如同第三章 3.2 节；第五章 球杆系统运动控制实验5.1 基于 Motion Studio 环境操作5.1.1 安装 IPM Motion Studio：从光盘选择“IPM Motion Studio”进入安装界面，然后点击“IPM Motion Studio Setup Kit”选项，按照提示步骤进行安装。5.1.2 将 MCQG 文件夹拷贝到用户指定电脑硬盘位置。5.1.3 从桌面上运行：IPM Motion Studio实验平台使用说明书13图 5.1 IPM Motion
11、Studio 窗口5.1.3 从菜单打开工程：图 5.2 打开工程文件如果没有显示工程视图：按如下操作：图 5.3 显示工程视图菜单实验平台使用说明书14图 5.4 工程视图如果出现：端口找不到，则通过菜单进行端口设置：图 5.5 端口设置视图显示控制界面：实验平台使用说明书15图 5.6 控制界面显示菜单图 5.7 控制界面5.1.4 运行控制程序手动将球杆扶水平：点击运行图标：当控制开始后，放开扶手，如下图点击开始实时监控：实验平台使用说明书16从控制界面可以观察到钢球的运动参数：左边实际测量参数曲线，包括钢球位置、误差，点击位置、速度等参数曲线。右边参数栏及控制按钮栏可以设置：钢球目标位
12、置；控制器的 PID 参数；控制暂停、继续、下伺服等控制操作实验平台使用说明书17详细意义请参考软件设计说明书5.1.5 注意事项遇到异常情况请点击 (IPM100 复位)、 (电机下伺服)、界面上的AXISOFF 或直接关掉电源停止电机运动5.2 基于 Matlab 环境操作5.2.1 软件安装：matlab 的安装请参考第一章，然后将球杆系统的软件 MCQG_M 目录拷贝到硬盘中。5.2.2 软件 simulink 接口模块说明：本模块使用 C+编译模式。5.2.2.1 InitIPM_RAM.dll(InitIPM_RAM.dll)初始化 IPM 控制卡，该模块有一个输入一个输出，输入为
13、控制端口号（连接的串口） ，输出为使能信号，触发子系统。其功能主要是初始化 IPM，设置其工作方式（RAM 方式） ，并伺服上电并且。详细功能见InitIPM_RAM.CPP 5.2.2.2 Get_AD.dll读取 IPM 控制卡的 AD 端口信号，该模块有一个输入一个输出，输入为AD 端口号（5，2） ，输出钢球位移（单位 mm） 。详细功能见 Get_AD.CPP 5.2.2.3 Move_Abs.dll绝对位置运动，该模块有三个输入，分别为设定位置，设定速度，设定加速度。详细功能见 Move_Abs.CPP 5.2.2.3 滤波器（低通） ，通过 fdatool 设计，PID 控制器等
14、 实验平台使用说明书18关于模块的使用方法，请参考第二章5.2.3 操作界面启动 matlab/simulink 后，在 simulink 下打开 MCQG_M 目录中的mcqg.mdl 文件；设置 matlab 的工作目录为： . MCQG_M;正确设置串口好，AD 号；主界面图子模块(subsystem) 界面图启动仿真，调整钢球的设定位置，观察控制效果实验平台使用说明书20调整相应的 PID 控制器的参数或相关增益，直到钢球达到控制效果。通过滤波器观察相关曲线:实验平台使用说明书21详细说明见软件设计说明书5.1.5 注意事项遇到异常情况请点击 STOP SIMULATION 或直接关掉电源停止电机运动
