升降车防摇实验装置主要由同步电机，直线导轨，摆锤三部分组成， 东莞大朗升降车出租, 东莞大朗升降车, 东莞升降车出租    实验装置硬件简介:   （1）8LV紧凑型伺服驱动技术该技术对系统连接进行了创新，可以做到在极狭小的空间范围内布线，同时提供300°的旋转范围，极大地提高了灵活的。8LVA系列电机转动惯量低，具有很高的动态特性和优异的自加速性能，配备EnDat2.2接口的绝对式高精度编码器，同时拥有自锁连接器系统和EMC屏蔽接头。

   （2）ACOPOSmicro伺服它是该控制系统的重要组成部分。在运动控制应用中，ACOPOSmicro具有较高的控制精度，通讯循环周期仅400，控制循环仅50。防摇模型系统使用一台ACOPOSmicro串线驱动一台电机，ACOPOS与PLC通过POWERLINK技术进行通讯连接。该系列可以使用户实现针对低功率应用的优化解决方案，它们的设计目的是满足低性能要求的应用。系统拥有应用广泛、集成I/O、功耗低等特点。

    （3）POWERLINK技术该技术是贝加莱公司新推出的现场总线技术，由贝加莱公司于2001年研发的开放工业标准协议。POWERLINK基于Ethernet实现完全软件型的通讯，且具有真正的实时性，达到100Mbit/s的传输速度和+/-100纳秒的同步精度。

   （4）X20系列PLC该系列PLC具有高速的指令处理能力，能进行浮点运算，还拥有参数赋值、人机界面、诊断等方便操作人员的功能。它能处理完成防摇升降车系统的所有计算工作。防摇模型的操作系统，人机界面，TCP/IP接口均位于一台事实控制器内。用户可以在防摇模型上实现更多更丰富的功能。升降车防摇系统实验装置使用的电气模块清单。

    

   （1）AutomationStudio它是一款工具软件，能够通过它完成硬件配置及软件编程。通过它可以直接加入伺服控制器和现实面板。AutomationStudio支持IEC61131-3编程语言和AutomationBasic、ANSIC语言，适合各类编程人员使用。（2）AutomationRuntime它指的是贝加莱PLC系统中运行的操作系统，支持多任务操作。它拥有模块化结构、可配置、可预测等特点。AutomationRuntime由应用层，AutomationRuntime系统包，操作系统内核三部分组成。①应用层：也叫应用实体，是应用程序的运行平台；②AutomationRuntime系统包：拥有系统所有资源的管理权限；③操作系统内核。（3）AutomationNet/PVIAutomationNet/PVI提供了一种透明的从AutomationStudio到AutomationRuntime的连接。支持各种媒介，如RS232，RS485/422，以太网等。尤为重要的是，AutomationNet提供了PVI（ProcessVisualizationInterface）通讯连接，通过PVI，可以使用DDE，OPC，VisualBasic，VisualC++等工具直接连接到PCC，使用起来十分方便。（4）VNCVNC（VirtualNetworkComputing，虚拟网络控制台），是一种跨越平台的远程控制工具软件，由著名的AT&T的欧洲研究实验室开发。它支持Unix、Linux及Windows等平台，

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    控制算法的实现本文使用贝加莱公司AutomationStudio（AS）软件进行算法编程，该软件由控制器、运动控制、数据跟踪及人机界面等组成。贝加莱公司搭建了伺服系统的结构和运动模块，我们在AS软件中将编译好的控制算法下载到PLC中运行，就可以实现对升降车防摇摆实验装置的控制。采用TCP/IP协议，AS软件通过网线与PLC硬件相连，然后进行C语言编程和人机界面的设计，编译通过后下载到装置上运行程序，最后使用AS软件中的Trace功能监控变量。以下进行人机界面设计介绍。通过AutomationStudio软件里的Visualization模块来设计人机界面。人机界面是操作人员和PLC系统进交互的操作平台，操作人员通过监控画面的显示获得指定的过程变量的实时信息和变化趋势，了解设备运行状态，通过界面信息来分析生产过程的运行状况，确定所需操作和控制的方式，并通过操作器实现对生产过程的操作和控制，使生产过程能够稳定、长期和可靠地运行。本文对升降车施加的算法将在后续章节提出，即LQR控制算法和PID-LQR控制算法。下面将针对后续会用到的算法进行人机界面设计。（1）设计要求:  ①开关：系统上电启动，断电停止。②手动模式：开启手动模式，在操作面板上控制升降车小车的水平左、右移动；③自动模式：在自动模式下，开启控制器使能后，选择控制方式，让小车从起点移动到终点并进行防摇控制；④速度、位移、角度：实时显示速度、位移和角度信息；⑤控制方式的选择：LQR控制、LQR-PID控制；⑥寻参：系统初始化及小车初始定位；⑦回零点：小车回到起始零点；⑧曲线跟踪：实时记录变量曲线；⑨报警复位：消除报警，复位PLC状态。

   （2）数据准备设计人机界面之前，我们首先需要定义好相应的数据变量。初始数据的输入数据和监控产生的数据用数值型变量表示；升降车小车的控制变量用开关型变量表示。升降车防摇摆系统人机界面设计中主要用到的数据变量及其用途如表5-2所示，为方便PLC与组态软件的联机，表中的变量名称均为与PLC程序中对应的变量名相同。

   （3）主界面重机防摇摆系统主界面以白、灰、黑为主色调，力求界面简洁干净、功能按钮清晰可辨，方便用户操作，增强体验感和舒适度。主界面涵盖升降车防摇摆系统几大模块：主页、曲线追踪、开/关、回零点、位置设定点、设定角度最大值和报警复位。“开/关”用于控制人机界面与PLC的连接；“回零点”让小车回到初始寻参零点；“位置设定点”和“设定角度最大值”作为小车运动的目标；“报警复位”用于复位小车超过限位开关引起的系统停止故障。  “主页”界面包括“手动模式”和“自动模式”的选择。“手动模式”里包含小车左右移动，且可以实时显示小车运行速度；“自动模式”里包含两个控制方法的选择：“LQR控制”和“LQR-PID控制”。图4-7升降车防摇摆系统曲线追踪图43“曲线追踪”界面如图4-7所示。界面内包括“速度曲线”、“位移曲线”和“角度曲线”的选择，可实时纪录小车速度、位移和角度的信息。

    控制算法的程序在AS软件中添加一个程序新模块，写入LQR和PID-LQR算法。运行及监测将控制算法的程序模块放入CPU的第一个循环周期中。然后编译并下载到PLC中，运行并监测变量。运行及监测流程图。

   LQR控制效果,  根据控制要求，小车在达到指定位置（即250mm处）过程中，摆臂摆角应该不超过10°。首先给定LQR控制器参数如下，然后运行机器。根据速度响应曲线，可以得到在摆角的第一个摆振周期内，小车处于起始状态，其速度变化较快，在第二个摆振周期，由于小车接近目标位置，小车的速度变化减慢。在位置响应曲线中，可以得到随着速度的增加，小车逐渐接近目标位置，在目标位置处产生一定振荡，位置超调量小于1%，最后达到目标位置。通过摆角响应曲线，可以得到在第一个摆振周期内，由于速度较大，产生较大摆角，最大摆角10.28°；在第二个摆振周期，由于速度减小，摆动幅度也46减小，在目标位置处摆动消除，整个过程耗时1.29s。

     PID-LQR控制效果（1）设置目标位置为200mm，对参数进行微调，此时控制器参数，控制效果。小车在2.44s左右达到目标位置，位置超调量小于1%，最大摆角为8.96°。（2）设置目标位置为250mm，把控制器换为PID-LQR控制器，该控制器参数，控制效果，小车在3.03s左右达到目标位置，位置超调量小于1%，最大摆角为9.3015°。（3）设置目标位置为300mm，控制器参数。小车在2.44s左右达到299mm处，位置误差控制在1%以内，最大摆角为9.83°，整个过程耗时1.166s。

    本节引入均方根误差（RootMeanSquare,RMS），该误差是观测值与真值偏差的平方和观测次数n比值的平方根.  在实际实验中，我们只会进行有限次数（设为N）的观测，所以只能用我们最为新来的值代替真实值。均方根误差广泛地应用在工程测量中，因为它对测量值中的异常值敏感性高。本文使用该指标来检验升降车系统全程的偏摆情况。将LQR和PID-LQR控制进行比较，比较参数分别是位置(mm)、耗时(s)、最大角度(°)以及RMS。采用LQR算法和PID-LQR算法都能使升降车系统的小车准确达到目标位置，且位置误差均小于1%。在目标位置相同时，由于增加了PID控制器，改善了控制性能，在升降车运动过程中，PID-LQR算法的RMS值小于LQR算法的RMS值；在PID-LQR控制算法中，随着目标位置的增加，耗时增加，最大摆角基本保持不变，RMS值逐渐增大。

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