西門子MCD+PLC+Matlab實現倒立擺控制

一、概述

倒立擺系統的整定是自動控制理論中的典型問題，在網路上或者書籍中可以找到不少相關的資料知識，整定算法也多式多樣，模糊PID、LQR、以及本文用到的PID等。

在傳統的倒立擺實驗中，常用的仿真工具組合Matlab+Adams、或者構建一個傳遞函數在Simulink仿真等，或者直接用單片機搭建一套實物系統，在網路上也有見到用匯川或者倍福PLC搭建實物倒立擺系統。

二、實現思路

在本文中使用到的環境正如標題所示Matlab+MCD+PLC，其中Matlab用到是Simulink，PLC用到的是西門子的PLCSIM Advanced，MCD為NX MCD,為純軟件在環仿真，實驗分兩步走：

1、Simulink（控制算法）+MCD（物理環境），這一步主要是利用MATLAB豐富的算法模型，方便的搭建控制算法（雖然倒立擺控制算法已經很成熟了，大家以點帶面，領悟精神即可）。

2、PLC SIM（從Simulink中移植算法）+MCD（物理環境），完整實現倒立擺從起擺到整定過程。

三、程序設計及實現

第一步：在MCD中構建倒立擺模型的物理仿真環境，在Simulink中搭建并級PID控制器。

在Simulink中搭建控制模型，為了方便實驗參數調整，這里提前將Simulink調整為定步長。

實現效果：從波形和實際效果可以看到效果符合預期，且對于手動拖拽擺棍，這種施加外力因素下，也有較好的整定效果。

演示視頻

小結：至此我們已經實現了雙環的控制，并且得到了較好的效果。其實省去了動力學模型分析以及傳遞函數構建，而是直接放在了MCD的物理環境中。（當然PID等參數我也沒有計算，有興趣的朋友可以推導下）。

第二步：將Matlab中的控制算法離散化移植到PLC中，為了貼合實際環境，采用了工藝對象軸控制滑臺的運動，MCD繼續引用之前的測試環境。

實現效果：這一步完整實現了倒立擺從起擺到整定的過程。

審核編輯：劉清