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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:楊孟琪
論文名稱:Matlab/Simulink微電腦即時控制系統實務應用設計
論文名稱(外文):Practical PC-Based Real-Time Control Systems Design Using Matlab/Simulink
指導教授:容志輝黎燕芳黎燕芳引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:MatlabSimulink微電腦即時控制GUI
外文關鍵詞:MatlabSimulinkPC-based real-time controlGUI
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在傳統控制系統設計中,控制法則之發展、模擬和分析與原型產品之硬體和軟體之製作是分別設計,無法由理論之分析快速得到實際問題之解決,其系統發展是沒有效率的。現在,藉由Matlab強大的運算功能與Simulink模擬系統,建構一使用者圖形化介面。而且,利用Matlab的工具箱Real-Time Workshop (RTW) 可以將Simulink 所設計之系統控制法則方塊模組直接轉成C程式,不用再重新編寫控制程式,即可在同一視窗下,進行模擬、分析與實現,大幅縮短了控制系統設計的時間。本論文中主要貢獻在撰寫了一個圖形化使用者介面程式,可以讓使用者更直觀地了解系統模擬結果,並更改控制器參數,看其對系統的影響。
This paper provides an integrated process of controller design. In the traditional process, controller law development and controller implementation are two independent processes. The development is inefficient. This motivates the study in this thesis. By the power of Matlab and Simulink, we can construct a graphic user interface for control law analysis. Moreover, Real-Time Workshop (RTW), a toolbox of Matlab, can translate the controller block simulated by Simulink into C code for the purpose of real-time control. Then, simulation, analysis and implementation of controllers can be done via the same interface simultaneously. This will reduce the time in controller design phase. This paper also provides a graphic user interface program showing the simulation result more intuitively.
目錄
第一章 緒論
1.1 研究背景與動機…………………..…………………...………1
1.2 研究目的………………………………………………………2
1.3 論文架構……………………………………………………….3
第二章 硬體設備
2.1資料擷取卡………………………………………………..…….4
2.1.1資料擷取卡的規格…………………………..………….4
2.1.2資料擷取卡的設定………………………………………6
2.2偏移電路…………………………………………….…………..8
2.2.1偏移電路的內部組成……………………...…………….9
2.3驅動放大器……………………………………..….…………..10
2.3.1驅動放大器的選擇…………………………..…………11
2.3.2電壓模式的驅動放大器………………………..………11
2.3.3電流模式的驅動放大器………………………..………12
2.4馬達………………………………………………….…..……..14
2.4.1馬達的分類…………………………………………..…14
2.4.2馬達的規格……………………………………….…….15
2.5 轉速發電機………………………………….…..……………16
2.5.1轉速發電機的應用……………………….…………….16
2.5.2轉速發電機的特性……………………………………..16
2.5.3轉速機的規格…………………………………………..17
第三章 軟體環境
3.1 Matlab……………………………………...…………………..19
3.1.1 Matlab的組成關係…………………………………….19
3.1.2 Matlab的特性…………………………………………20
3.1.3 Matlab的主要應用……………………………………22
3.2 Simulink……………………………………………………….22
3.2.1 Simulink的使用方法………………………………….23
3.2.2 Simulink的功能方塊………………….....…………….24
3.3 RTW……………………………………………………………27
3.3.1 RTW的特點……………………………..……………..27
3.3.2 RTW的應用範圍………………………………………28
3.3.3 Real-Time Windows Target………………….…………29
3.3.4 Real-Time Windows Target的運作……………………30
3.3.5 Real-Time Windows Target提供的方塊…..….……….31
3.3.6 Real-Time Windows Target支援的介面卡……………31
3.3.7 Real-Time Windows Target的設定……………………33
3.4 GUI…………………………………………………………….34
3.4.1 Matlab的繪圖物件………………….…………………35
3.4.2 GUI的三大部分………………………..………………37
3.4.3 GUI的操作流程………………………..………………38
3.4.4 GUI Guide……………………………….……………..39
3.4.5 GUI Guide的組成………………………..…………….39
3.4.6 GUI Guide的使用方法…………………...……………40
第四章 軟硬體設計與實驗結果
4.1硬體電路設計………………………………….………………41
4.1.1馬達參數的量測……………………………….………42
4.1.2偏移電路的測試………………………………..………43
4.1.3馬達輸入、輸出與轉速計的關係………………………45
4.2軟體程式設計………………………………………...………..47
4.2.1控制系統的模擬……………………………..…………48
4.2.2撰寫GUI……………………………………..…………49
4.2.3控制系統與圖形化使用者介面的模擬……….….……52
4.2.4控制系統的驗證………………………………...…..….54
4.3實驗結果………………………………………………...……..57
第五章 結論與展望
5.1實驗結論………………………………………….……………60
5.2未來展望……………………………………………………….60
參考資料………………………………...………………….……62
Appendix A……………………………………………..………………64
圖目錄
Figure 2.1 PCL_818L card 輸入輸出埠位置…………………………7
Figure 2.2 PCL_818L card jumpers 的設定…………………………..7
Figure 2.3 PCL_818L card 輸入輸出埠位置的各項功能……………8
Figure 2.4 偏移放大電路………………………………………………9
Figure 2.5 uA741C的接腳圖…………………………………...…….10
Figure 2.6 EM19的電壓模式…………………………...……………11
Figure 2.7 EM19電壓模式的內部電路………………………...……12
Figure 2.8 EM19的電流模式………………………………...………13
Figure 2.9 EM19電流模式的內部電路……………………...………13
Figure 2.10 馬達的一般分類…………………………...…………….14
Figure 2.11 伺服馬達的分類……………………………..…………..15
Figure 2.12 馬達主要規格………………………………..…………..15
Figure 2.13 轉速發電機提供的回授元件……………………………16
Figure 2.14 轉速計的輸出電壓與轉速之關係………………………17
Figure 2.15 轉速發電機的規格表………………………...………….18
Figure 3.1 Matlab的組成關係………………………………..………20
Figure 3.2 Simulink的功能方塊總集……………………….……….24
Figure 3.3 Sources的功能槽…………………………………………25
Figure 3.4 Sinks的功能槽……………………………………………25
Figure 3.5 Nonlinear的功能槽……………………………………….25
Figure 3.6 Continuous的功能槽…………………….………………..25
Figure 3.7 Discrete的功能槽……………………...………………….26
Figure 3.8 Math的功能槽…………………………………………….26
Figure 3.9 比較傳統與快速處理的過程………….………………….28
Figure 3.10 RTWT的功能方塊………………………………………31
Figure 3.11 RTWT的I/O drivers……………………………………..31
Figure 3.12 RTWT支援的Advantech I/O 介面卡………….……….32
Figure 3.13 Base address的設定GUI……………………….………..33
Figure 3.14 RT In的設定GUI………………………………..………33
Figure 3.15 RT Out的設定GUI……………………………...……….34
Figure 3.16 物件層級關係圖………………………………...……….35
Figure 3.17 GUI的軟體操作流程概念圖…………………..………..38
Figure 3.18 Guide工具軟體發展環境………………...……………..39
Figure 4.1 一般的伺服控制系統………………………..……………41
Figure 4.2 PC-Based 馬達控制系統硬體組成………………………42
Figure 4.3 馬達參數的量測步驟………………………….………….42
Figure 4.4 馬達轉速(輸入5V)…………………………….………….43
Figure 4.5 未加偏移量的輸入輸出(弦波)………………….…………44
Figure 4.6 未加偏移量(弦波)…………………………….……………44
Figure 4.7 加上偏移量(弦波)…………………………….……………44
Figure 4.8 未加偏移量(方波)…………………………….……………45
Figure 4.9 加上偏移量(方波)…………………………….……………45
Figure 4.10 輸入電壓與輸出轉速關係圖………………..……………46
Figure 4.11 輸出轉速與轉速計輸出關係圖………………..…………47
Figure 4.12 輸入電壓與轉速計輸出關係圖………………..…………47
Figure 4.13 未加控制器的系統……………………………..…………48
Figure 4.14 未加控制器時的波形………………………..……………48
Figure 4.15 加上控制器的模擬系統…………………….…………….49
Figure 4.16 P=1,I=0.5,D=0………………………………..…………..49
Figure 4.17 P=1,I=2.5,D=0……………………………………………49
Figure 4.18 Simulink/S-function完成模擬過程的步驟順序…...……51
Figure 4.19 馬達轉速的GUI……………………………………..……52
Figure 4.20 加上S-function後的控制模型………………...………….53
Figure 4.21 GUI模擬結果(P=2,I=1,D=0)……………………………53
Figure 4.22 GUI模擬結果(P=1,I=0.5,D=0)……………….…………53
Figure 4.23 Real-Time的軟體介面……………………..……………55
Figure 4.24 未加控制器的Real-Time模型……………………………56
Figure 4.25 未加控制器時的RT Out (channel 1)、RT In (channel 2)
訊號………………………………………….…………….56
Figure 4.26 經過處理的Real-Time模型………………………………57
Figure 4.27 誤差的示波器圖形…………………………..……………57
Figure 4.28 轉速的示波器圖形……………………………..…………57
Figure 4.29 誤差的暫態圖形……………………………..……………58
Figure 4.30 轉速的暫態圖形……………………………..……………58
Figure 4.31 誤差的示波器圖形……………………………..…………58
Figure 4.32 轉速的示波器圖形…………………………….………….58
Figure 4.33 誤差的暫態圖形(P=0.03,I=2.365)……………..…………59
Figure 4.34 轉速的暫態圖形(P=0.03,I=2.365)……………..…………59
表目錄
表4.1 馬達輸入、輸出與轉速計的關係………………...……………45
表4.2 對S-function的旗標值的描述………………….……………..50
表4.3 sizes各元素所代表的意義……………………………………51
表4.4 以輪迴的方式來呼叫S-函式…………………….……………52
參考資料
[1]王偉修、劉昌煥編著,PC-Based 馬達控制器即時發展系統,微鋒自動科技股份有限公司,1998。
[2]蕭子健、林俊宏、彭宇豪編著,LabVIEW 硬體介面篇,高立圖書有限公司,2001。
[3]PCL_818L User’s Manual,Advantech Co.,Ltd,1996。
[4]李適中編著,直流馬達速度控制‧伺服系統(基礎篇),全華科技圖書股份有限公司,1982。
[5]許允傑編譯,馬達控制,全華科技圖書股份有限公司,1994。
[6]黃昌圳校閱、孫清華編譯,最新無刷直流馬達,全華科技圖書股份有限公司,2001。
[7]黃煌翔編著,介面技術原理與應用,全華科技圖書股份有限公司,1999。
[8]張智星著,MATLAB程式設計與應用,清蔚科技股份有限公司,2000。
[9]The Math Works, Inc.,Real-Time Workshop User,s Guide,1999。
[10]鄭錦聰、莊鎮嘉編著,MATLAB進階(含Simulink),全華科技圖書股份有限公司,1997。
[11]鄭錦聰編著,MATLAB程式設計基礎篇,全華科技圖書股份有限公司,2000。
[12]李宜達編著,動態模擬與繪圖使用MATLAB/SIMULINK,全華科技圖書股份有限公司,1998。
[13] The Math Works, Inc.,Real-Time Windows Target User,s Guide,1999。
[14] The Math Works, Inc.,Building GUIs with MATLAB,1997。
[15] Patrick Marchand.,Graphics and GUIs with MATLAB — 2nd ed.,1999。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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