西门子MCD+PLC+Matlab实现倒立摆控制：算法+仿真+控制的完美结合

显示全部楼层 · 2024-2-28 10:00:47

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一、概述

   倒立摆系统的整定是自动控制理论中的典型问题，在网路上或者书籍中可以找到不少相关的资料知识，整定算法也多式多样，模糊PID、LQR、以及本文用到的PID等。

   在传统的倒立摆实验中，常用的仿真工具组合Matlab+Adams、或者构建一个传递函数在Simulink仿真等，或者直接用单片机搭建一套实物系统，在网路上也有见到用汇川或者倍福PLC搭建实物倒立摆系统。

二、实现思路

  在本文中使用到的环境正如标题所示Matlab+MCD+PLC，其中Matlab用到是Simulink，PLC用到的是西门子的PLCSIM Advanced，MCD为NX MCD,为纯软件在环仿真，实验分两步走：

1、Simulink（控制算法）+MCD（物理环境），这一步主要是利用MATLAB丰富的算法模型，方便的搭建控制算法（虽然倒立摆控制算法已经很成熟了，大家以点带面，领悟精神即可）。

2、PLC SIM（从Simulink中移植算法）+MCD（物理环境），完整实现倒立摆从起摆到整定过程。

三、程序设计及实现

第一步：在MCD中构建倒立摆模型的物理仿真环境，在Simulink中搭建并级PID控制器。

   在Simulink中搭建控制模型，为了方便实验参数调整，这里提前将Simulink调整为定步长。

   实现效果：从波形和实际效果可以看到效果符合预期，且对于手动拖拽摆棍，这种施加外力因素下，也有较好的整定效果。

演示视频

video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2975171481070600196

小结：至此我们已经实现了双环的控制，并且得到了较好的效果。其实省去了动力学模型分析以及传递函数构建，而是直接放在了MCD的物理环境中。（当然PID等参数我也没有计算，有兴趣的朋友可以推导下）。

第二步：将Matlab中的控制算法离散化移植到PLC中，为了贴合实际环境，采用了工艺对象轴控制滑台的运动，MCD继续引用之前的测试环境。

实现效果：这一步完整实现了倒立摆从起摆到整定的过程。

演示视频

video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2975168860603678722

总结：相比于用PLC编写控制程序，使用Matlab构建控制算法显然会更快捷，再加上MCD中趋近于实际的物理环境，可以使得仿真更为便利。

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