Simulink学习笔记【PID UG联动仿真】

Simulink进行PID控制及调参：

1. 建立系统动力学框图（把状态方程翻译出来），设置成subsystem
2. 建立PID反馈回路。示波器叫scope，多变量输出用demux和mux。
3. 可以用自动调参Tune模块，调整响应速度和稳定性，达到较优状态，更新参数并重新run
4. 或者可以使用内置的状态空间法建立动力学模型：用状态方程模块State-Space，直接输入ABCD及初值矩阵即可
5. 可以添加多个PID控制：PID是对y(t)的偏差值进行计算处理，得到u(t)的新数值。PID本身的阶跃响应曲线（响应速度、稳定性）一定程度上反应了实际系统的响应特征，因为冲激函数的卷积是阶跃函数。因此，多个PID控制的话需要先把各自PID的结果相加，然后再输入到系统状态方程里面（作为输入u）。
6. 可以在3s加入一个转角的小扰动，用Step函数*2+作差处理，制造冲激信号。这样可以看到两个PID分别发挥作用。
7. 想要导出数据重新作图，把mux的数据连线到out模块，运行，回到matlab里面看工作区，有out表格，tout是时间，yout是研究的变量，value里面有四列，位移，速度，角度，角加速度。

Simulink & UG联动仿真：

步骤总述：

1. 在UG里面建立机械系统模型。
2. 确定系统输入和输出，UG里面的输出是Simulink的输入，反之亦然，总之要建立UG和Simulink的闭合回路。注意：工厂输出是UG到Simulink，工厂输入是Simulink到UG，这两个概念都是在UG里面定义的，所以以UG为参考。
3. 在Simulink建立控制系统框图，把动力学模块用UG模块替代；
4. 进行联合仿真分析。

详细步骤：

1. 在UG里面关联MATLAB。用户默认设置，仿真，运动，分析，右边选RecurDyn求解器，控制/动力学模块下，采样时间0.001，MATLAB可执行文件选择电脑中matlab的安装地址exe，Windows那行里面填好。
2. UG里面导入模型，打开prt文件。（剩下的操作和之前类似，打开运动导航器，新建仿真……）
3. 设置仿真环境，RecurDyn结算方案选“协同仿真”。注意，设置之前需要先右键左侧菜单的模型（step上面的一行），修改求解器为RecurDyn求解器。
4. 跟之前一样，建立连杆和运动副。RecurDyn会自动给固定连杆建固定副的，不用自己设置。注意滑块滑动副可以把全局坐标系的坐标原点设置成原点。转动副可以重点观察一下方位，到底怎么转角度是正值（我觉得可能局部坐标系和全局重合比较方便看）
5. 点击菜单(M)，插入，工厂，工厂输入。在最上面一行的“加载“里面选择”矢量力“，全局坐标系正方向，指定原点先选择面上的点，确定面的x坐标，再选择”点对话框“，直接设置坐标y和z，放在中心。幅值选择函数，函数管理器，插入，”工厂输入“，Pin001，回去幅值那边把这个函数施加上去。（可以调整显示图例大小，这样才能看到力的箭头，参考之前的笔记）
6. 建立传感器*4，测量对象选择滑块的位移（分量z，相对，选择滑块运动副）、速度（分量z，相对，选择滑块运动副）、摆杆运动副的角度（分量RZ，相对，选择旋转副）、角速度（分量RZ，相对，选择旋转副）。
7. 插入工厂输出*4，分别将上面4个传感器都定义为工厂输出（每个传感器一个输出）。
8. 添加解算方案，分析类型是控制/动力学，时间30s，步数1000步，重力对摆杆运动很重要所以要加上。保存。
9. 对模型求解，协同仿真选Simulink。目前还没有结果。
10. 回到文件夹下面，多出来两个m文件Plant和PlantIO。
11. 打开Simulink，建立控制框图，和上次建的一样就好（用最简单的一环控制转角）。
12. 后续思路是把状态空间模型块替换成UG的模块，输出分别用四个示波器显示就好，角度有一个初始值需要加进去（因为simulink定义的坐标系目标角度是0°，而UG模型本身有一个初始-5°的角度，所以UG模型的目标角度是5°。注意全部用弧度表示！！）。
13. 把两个多的m文件在MATLAB打开，运行plant文件，出现了一个运动框图，可以复制粘贴进自己画的控制框图里。
14. 绘制好框图后，稍微做一些调整。联动的时候容易出现崩溃的情况，因此插入一个延时函数transport delay，0.001s=1ms，放在PID和UG模块之间，经过延时再输入进来。
15. 建立一个示波器，显示PID的结果，也就是驱动力。
16. 再来看看PID模块。直接run一下试试（记得把simulink的stop time改成30s和UG一致，但是好像还是不够，还有什么地方也要调……），看结果发现位移是匀速运动（动态平衡），因为只做了一环控制。回到UG可以看动图，在初始的一瞬间就达到了平衡……好吧……
17. 修改PID模块参数，可以看不同的效果。
18. 双击NX的模块，可以看到我们设置的工厂输入和工厂输出。
19. 可以加两环控制。还可以去UG里面直接看运动结果图，更清楚一些。