本科生上机作业之一

课程名称：MatLab与系统设计 指导教师：朴明伟

实验名称：MatLab与ADAMS协同平台实践

实验原理：对于线性时不变系统（LTI），MatLab提供了以下三个系统分析、设计和仿真平台：LTI Viewer、SISO Design和SimuLink。ADAMS是多体动力学系统建模仿真分析平台，其最有特色的是大位移非线性积分运算。将两者构建成互补分析设计工具，形成了MatLab与ADAMS协同平台。 实验指导书：以下三个上机作业需要写出书面报告！！！

本科生上机作业之一

题目：电机定位系统校正，满足如下要求： （1）过渡时间小于40ms；（2）超调量小于16%； （3）静态误差为零；（4）扰动静态误差为零。 目的：熟悉LTI viewer和SISO Design平台。 步骤：

1 创建M-file文挡，并输入如下程序，运行后生成LTI对象my_sys：

J=3.2284e-6; b=3.5077e-6; K=0.0274; R=4; L=2.75e-6; num=[0 0 0 K];

den=[(J*K) (J*R+(L*b)) ((b*R)+K^2) 0]; my_sys=tf(num,den);

2 启动LTI viewer，并画出开环BODE图（拷贝）； 3 启动SISO Design，按照以下顺序进行校正： 加积分环节；加零点（60角频率）；在截止频率附近加滞后环节。 用鼠标移动零点/极点的相对位置，观察相位裕度变化。

4 从analysis→respond to step调用LTI viewer分析闭环阶越响应，

同时，用鼠标上下移动观察阶越响应的超调量变化，直到满足校正要求，拷贝 5从analysis→closed loopbode调用LTI viewer分析闭环BODE图（拷贝）。

本科生上机作业之二

题目：过程控制系统的PID校正（PP219）

目的：熟悉SIMULNK平台，运用PID参数整定方法和非线性控制器参数优化（NCD模块） 步骤：

1 创建MODEL文件，按照以下顺序建立所需的模块： 传递函数模块（continuous/transfer FCN）根据装置传递函数定义相应的系数 PID模块（simulink extras/PID controller）

1

SUM模块（math operations/sum）定义PID参数（KP、KI、KD） 输入模块（sources/step） 输出模块（sinks/floating scope） 依次连线构成闭环反馈系统

2 设置初始值（KP=1、KI=0、KD=0），利用折中法找到这样比例环节系数KP，使系统刚好处于临界状态，再利用书PP219表6-1的经验公式计算整定参数； 3 观察参数整定后闭环系统的阶越响应；

4 用（NCD blockset/signal constraint）替换输出模块，并设置优化参数（KP、KI、KD），定义信号响应的边界，进行优化并观察结果； 5 对比参数整定与参数优化的阶越响应（拷贝）。

本科生上机作业之三

题目：应用根轨迹法校正某二阶系统，满足如下指标要求： （1）过渡时间小于1.5s；超调量小于30%； （3）开环增益大于10。

目的：熟悉SISODesign，运用根轨迹校正。 步骤：

1创建M-file文挡，并输入如下程序，运行后生成LTI对象my_sys：

clear all num=1; den=[1 2 0]; my_sys=tf(num,den);

2启动SISO Design，按照以下顺序进行校正： 根据过渡时间和超调量，设置校正边界； 添加实零点/极点，移动并观察闭环极点变化，确定主导极点位置，观察阶越响应； 添加偶极子，提高开环增益，观察阶越响应。 3 结合本题，理解主导极点和偶极子概念。

考试方法：（上机综合大作业）

本科生上机大作业（一）

题目：小球-杠杆控制问题

目的：熟悉ADAMS与MATLAB协同平台，运用LQG控制技术 步骤：

1 启动ADAMS，调入ball-beam模型，熟悉ADAMS界面、模型； 2 编写脚本文件，输出线性模型my_beam_ball_linmod_；

3 启动MATLAB，编写如下M-file（读入线性模型，简约均衡，可控可观，设计LQG，构成闭环）；

4 利用LTI Viewer分析SIGMA-曲线；利用SIMULINK进行扰动仿真分析； 5 编写后处理文件，输出控制器模型；

6 回到ADAMS环境，修改模型名称，并依照顺序定义：输入变量组、输出变量组，（A，B，

2

C，D）矩阵。

7 定义线性状态方程LSE，定义控制信号变量，修改杠杆力矩变量， 8 进行闭环控制系统仿真，协同仿真。

附录：

线性系统分析设计程序：

load my_beam_ball_linmod_a;load my_beam_ball_linmod_b; load my_beam_ball_linmod_c;load my_beam_ball_linmod_d; SS=ss(my_beam_ball_linmod_a,my_beam_ball_linmod_b, ...

my_beam_ball_linmod_c,my_beam_ball_linmod_d); SS=ssbal(SS);SS=minreal(SS); A=SS.a;B=SS.b;C=SS.c;D=SS.d; V=eig(SS);disp( 'eigen value');disp(V); rank(ctrb(SS))rank(obsv(SS))

K_lqry=lqry(SS,[1e+6 0;0 1e+4],[1]); PP=SS(:,[1,1]);

Qn=1e+6;Rn=[0.01 0;0 0.01];

Kest = kalman(PP,Qn,Rn); rsys = lqgreg(Kest,K_lqry); CL_SS=feedback(SS,rsys,+1);

控制器模型后处理程序：

A=rsys.a;B=rsys.b;C=rsys.c;D=rsys.d; [m n]=size(A);fid=fopen('AAA','w'); for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',A(i,j)); end end

fclose(fid);

[m n]=size(B);fid=fopen('BBB','w'); for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',B(i,j)); end end

fclose(fid);

[m n]=size(C);fid=fopen('CCC','w'); for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',C(i,j)); end end

fclose(fid);

[m n]=size(D);fid=fopen('DDD','w'); for i=1:m for j=1:n

fprintf(fid,'%6.5e ,',D(i,j)); end end

fclose(fid);

3

本科生上机大作业（二）

题目：集装箱平车垂向弹性振动偏大问题

目的：熟悉ADAMS/RAIL平台，运用刚柔耦合仿真技术 步骤：

1 启动ADAMS/RAIL，调入K6X转向架模板模型，熟悉ADAMS/RAIL的模板建模界面，并应用MNF文件建立柔性车体模型及接口定义；

2 熟悉ADAMS/RAIL的标准建模界面，建立转向架、柔性车体子系统并组装整车模型； 3 设置有关求解器参数，进行预载分析，定义心盘和旁承预载；

4 转到ADAMS/VIEW界面，在摇枕上施加垂向激扰力（加载/减载，低频谐振）；

5 进行整车仿真得到摇振变摩擦悬挂加载/减载曲线和相位图，并分析其变摩擦特性和低频粘-滑振动；

6 将激扰力去掉，进行轨道不平顺激扰仿真，并进行车体垂向加速度的时域/频域分析，得到谱密度PSD。

7 以表格对比形式，给出车体垂向加速度时域统计特征（如MAX、MIN、RMS），和垂向平稳性指标Wzz。

8 根据上述分析数据，给出引起车体弹性振动偏大原因的结论。

附录：

1 K6X交叉杆支撑转向架

轮对 侧架 平面心盘 前部加速度测试点 中部加速度测试点 ??X,X ??Z,Z ??Y,Y 后部加速度测试点 常接触旁承 斜楔及减振弹簧 摇枕及枕簧 约束自由度5×2+1×4=14： ?Y?Z?,YZ）×2 平面心盘（X常接触旁承（Z）×4 轴箱、承载鞍及橡胶垫 交叉杆（柔性体）及橡胶连接 K6X三大件转向架刚柔耦合模板模型 三箱重载柔性车体模型

2 车体柔性体是基于有限元FEM模型建立的[8]，其中，约束自由度（14）；固有模态：取前13阶，包括：（1）垂向弯曲模态（7Hz，18Hz）；（2）局部模态（２个，中间鱼复板）；（3）侧扭模态（38Hz）；…等等。由于集装箱地脚锁存在一定程度简化，实际的垂向弯曲模态频率要比计算值稍高一些。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9bmv.html