網(wǎng)絡(luò)化智能控制三維實時仿真系統(tǒng)（CSPACE5.0）
發(fā)布日期：2021-04-22 瀏覽次數(shù)：2340
系統(tǒng)簡介
該系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)的三維虛擬實時仿真控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了20種三維虛擬實驗設(shè)備，可以對各類經(jīng)典控制（例如基于傳遞函數(shù)的PID控制、頻率響應(yīng)法、根軌跡法）、現(xiàn)代控制（基于狀態(tài)空間方程的LQR控制）、先進控制系統(tǒng)（例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制系統(tǒng)）進行實時仿真，它可針對各種三維虛擬被控制對象，在互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器中對控制方法和策略進行閉環(huán)控制系統(tǒng)的可視化組態(tài)設(shè)計；然后自動生成可執(zhí)行代碼，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下載到實時仿真控制器中執(zhí)行，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的實時仿真；同時經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化可視監(jiān)控組態(tài)設(shè)計可實現(xiàn)遠程監(jiān)視和遠程調(diào)試。該系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：1個網(wǎng)絡(luò)化實時控制仿真器，包含20塊3D虛擬實驗設(shè)備卡。1個系統(tǒng)服務(wù)器，1個5口路由器和1個20口交換機。
系統(tǒng)框圖虛擬仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)功能及特點
該系統(tǒng)可作為自動控制理論和控制技術(shù)教學(xué)、研究、實驗和評估的平臺，可以快速建立閉環(huán)控制系統(tǒng)原型，進行控制算法開發(fā)、實現(xiàn)和驗證等工作，搭建起控制理論與實際應(yīng)用之間的橋梁。該系統(tǒng)包含4個子實驗室(運動控制、伺服控制、過程控制、復(fù)雜控制)，集成了20種三維虛擬被控制對象，可以利用該平臺學(xué)習(xí)這些被控制對象的控制方法。系統(tǒng)主要包含高性能的網(wǎng)絡(luò)化實時控制仿真器和功能強大的系統(tǒng)服務(wù)器兩個部分。
第一部分：網(wǎng)絡(luò)化實時控制仿真器
網(wǎng)絡(luò)化實時控制仿真器運行具體控制算法，通過網(wǎng)絡(luò)接口接收監(jiān)控組態(tài)平臺的控制參數(shù)與控制命令，并將控制對象的運行狀態(tài)實時上傳至監(jiān)控組態(tài)平臺。它基于20個高性能、低功耗的32位ARM微處理器，運行嵌入式操作系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，提供網(wǎng)絡(luò)接口，具有較高的運行速度和較大的尋址能力，加上嵌入式操作系統(tǒng)的多任務(wù)和實時性，可以完全保證復(fù)雜控制算法的流暢運行。
網(wǎng)絡(luò)化實時控制仿真器
第二部分：系統(tǒng)服務(wù)器
系統(tǒng)服務(wù)器用來與用戶進行交互，幫助網(wǎng)站完成Web仿真和編譯功能。系統(tǒng)服務(wù)器具有穩(wěn)定、高效的特點并帶豐富的功能，包括：(1)系統(tǒng)設(shè)定配置；(2)首頁頁面管理；(3)實驗室的管理；(4)實驗設(shè)備的管理；(5)用戶管理；(6)新聞管理等。該系統(tǒng)可以7*24小時運行，可滿足20人同時在線進行實驗，同時具有共享算法功能，用戶也可以根據(jù)系統(tǒng)提供的資料獨自進行實驗
網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)三維虛擬實時仿真系統(tǒng)界面
支撐開設(shè)實驗項目
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序號 |
虛擬實驗設(shè)備名稱 |
提供的模型及演示算法 |
用戶可自行設(shè)計的控制算法 |
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1 |
線性一級倒立擺 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如頻率響應(yīng)控制。 現(xiàn)代控制，如基于能量的控制方法。 先進控制，如串聯(lián)模糊控制。 |
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2 |
線性二級倒立擺 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如變結(jié)構(gòu)控制。 先進控制，如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。 |
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3 |
環(huán)形一級倒立擺 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如根軌跡法設(shè)計控制器。 現(xiàn)代控制，如狀態(tài)空間極點配置。 先進控制，如串聯(lián)模糊控制。 |
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4 |
環(huán)形二級倒立擺 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，頻率響應(yīng)控制。 現(xiàn)代控制，如基于遺傳算法的LQR。 先進控制，LQR模糊復(fù)合控制。 |
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5 |
單容水箱 |
傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程模型和PID演示算法 |
古典控制，PI控制、PD控制、帶死區(qū)的PID控制等。 現(xiàn)代控制，如極點配置。 先進控制，如模糊控制。 |
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6 |
溫度實驗系統(tǒng) |
傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程模型和PID演示算法 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如最優(yōu)控制。 先進控制，模糊控制。 |
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7 |
壓力實驗系統(tǒng) |
傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程模型和PID演示算法 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如最優(yōu)控制。 先進控制，模型預(yù)測控制算法，自適應(yīng)控制。 |
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8 |
傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間方程模型和PID演示算法 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如最優(yōu)控制。 先進控制，型預(yù)測控制算法，自適應(yīng)控制。 |
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9 |
力矩電機 |
古典控制，如位置控制、前饋控制。 現(xiàn)代控制，變結(jié)構(gòu)控制。 |
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直流電機 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制，比例型速度調(diào)節(jié)，比例積分型速度調(diào)節(jié)。 現(xiàn)代控制，如變結(jié)構(gòu)控制。 |
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11 |
異步電機 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如變頻調(diào)速控制，正弦波脈寬調(diào)制。 現(xiàn)代控制，如變結(jié)構(gòu)控制。 |
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12 |
步進電機 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如前饋控制。 現(xiàn)代控制，如變結(jié)構(gòu)控制。 |
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13 |
球桿系統(tǒng) |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如PD控制、PID控制。 現(xiàn)代控制，如極點配置。 先進控制，如智能控制。 |
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14 |
磁懸浮系統(tǒng) |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如根軌跡控制、頻率響應(yīng)控制實驗。 先進控制，如模糊PID控制。 |
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15 |
板球系統(tǒng) |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如解耦控制。 先進控制，如模糊控制。 |
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16 |
二自由度飛行器 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，單通道PID控制實驗 現(xiàn)代控制，如極點配置。 先進控制，如模糊控制。 |
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17 |
三自由度飛行器 |
狀態(tài)空間方程模型和LQR演示算法 |
古典控制，單通道PID控制實驗。 現(xiàn)代控制，如極點配置。 先進控制，如RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。 |
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18 |
兩輪自平衡小車 |
狀態(tài)空間方程模型和極點配置算法 |
現(xiàn)代控制，如LQR配置。 先進控制，如模糊PD控制。 |
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19 |
衛(wèi)星模型 |
編隊算法演示 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如LQR控制。 先進控制，如智能控制。 |
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20 |
小車模型 |
隊形變換算法演示 |
古典控制，如PID控制。 現(xiàn)代控制，如極點配置。 先進控制，如智能控制。 |
