1、1第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制（一）控制（一）第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制主要內(nèi)容 PIDPID控制的原理控制的原理 PIDPID控制算法的兩種形式控制算法的兩種形式 PIDPID控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 利用利用SIMULINKSIMULINK搭建搭建PIDPID控制系統(tǒng)模型控制系統(tǒng)模型2第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制的原理控制的原理 PID PID（Pr

2、oportional Integral DifferentialProportional Integral Differential）控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱?？刂剖潜壤⒎e分、微分控制的簡(jiǎn)稱。 PID PID控制器的原理是將偏差（設(shè)定值與實(shí)際輸出控制器的原理是將偏差（設(shè)定值與實(shí)際輸出值的差）的比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制值的差）的比例、積分和微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其原理圖如下：量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其原理圖如下：3第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制的原理控制的原理定義設(shè)定值與實(shí)際輸出值的偏差定義設(shè)定值與實(shí)際輸出值

3、的偏差( )( )( )e tr ty t則則PIDPID的控制算法的表達(dá)式為的控制算法的表達(dá)式為tDIPdttdeTdtteTteKtu0)()(1)()(其中其中： 為比例系數(shù)，為比例系數(shù)， 為積分時(shí)間常數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)， 為微分為微分時(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)， 為為PID控制器的輸入，控制器的輸入， 為為PID控制器控制器的輸出。的輸出。pKITDT(t)e(t)uPIDPID控制器的控制器的傳輸函數(shù)為傳輸函數(shù)為STSTKSESUSDDIP11)()()(4第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制算法的兩種形式控制算法的兩種形式為了便于計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)，通常需要把為

4、了便于計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)，通常需要把PID的表達(dá)式的表達(dá)式tDIPdttdeTdtteTteKtu0)()(1)()(改成離散形式，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)改成離散形式，以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)代表連續(xù)時(shí)間，以部分和近似代替積分，用差分方程代替微分，間，以部分和近似代替積分，用差分方程代替微分，則可得到則可得到PID算法離散形式的表達(dá)式算法離散形式的表達(dá)式00( )( )( )( )(1)( )(1)( )(j)kDPjIkPIDjTTu kKe ke je ke kTTe ke kK e kK TeKT1、位置式PID5第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制算

5、法的兩種形式控制算法的兩種形式式中：式中： , ,T為采樣周期，為采樣周期，k為采樣序?yàn)椴蓸有蛱?hào)（號(hào)（k=1,2,.）,e(k-1)和和e(k)分別為第分別為第k-1時(shí)刻和第時(shí)刻和第k時(shí)刻時(shí)刻的偏差信號(hào)。上式也稱為位置式的偏差信號(hào)。上式也稱為位置式PID算法。算法。PIIKKTDPDKK T2、增量式PID 根據(jù)位置式根據(jù)位置式PID控制算法的遞推表達(dá)式可以得到控制算法的遞推表達(dá)式可以得到k-1次的次的PID輸出表達(dá)式輸出表達(dá)式10(1)(2)(1)(1)(j)kPIDje ke ku kK e kK TeKT增量式增量式PID控制算法為：控制算法為：( )( )(1)( )(1)( )( )

6、2 (1)(2)DPIu ku ku kKKe ke kK Te ke ke ke kT6第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制算法的兩種形式控制算法的兩種形式3 3、兩種形式算法的優(yōu)缺點(diǎn)及程序流程圖、兩種形式算法的優(yōu)缺點(diǎn)及程序流程圖位置式位置式PID算法：算法：要用到過(guò)去偏差的累加值，容要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差。增量式增量式PID算法：算法：不需要累加，計(jì)算誤差和計(jì)算不需要累加，計(jì)算誤差和計(jì)算精度問(wèn)題對(duì)控制量的計(jì)算影響精度問(wèn)題對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。較小。位置式位置式PID算法流程圖算法流程圖7第第4 4章章 機(jī)器人

7、的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制算法的兩種形式控制算法的兩種形式增量式增量式PID算法流程圖算法流程圖8第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響比例環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)：成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差。偏差。積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，越大

8、，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)：反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。9第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 隨著隨著KpKp值的增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，系統(tǒng)的超值的增大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，系統(tǒng)的超調(diào)量加大，振蕩次數(shù)增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差

9、。調(diào)量加大，振蕩次數(shù)增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差。10第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 Kp= Kp=定值，隨著定值，隨著TiTi值的加大，系統(tǒng)的超調(diào)量值的加大，系統(tǒng)的超調(diào)量減小，穩(wěn)態(tài)誤差變小，系統(tǒng)響應(yīng)速度略微變慢。減小，穩(wěn)態(tài)誤差變小，系統(tǒng)響應(yīng)速度略微變慢。11第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響控制器三參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 當(dāng)當(dāng)KpKp和和TiTi為定值時(shí)，隨著為定值時(shí)，隨著TdTd值的加大，閉環(huán)值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量增大，響應(yīng)速度變慢。系統(tǒng)的超調(diào)量增大，響應(yīng)速

10、度變慢。12第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取PIDPID控制器參數(shù)調(diào)整基本原則：控制器參數(shù)調(diào)整基本原則： 被控過(guò)程是被控過(guò)程是穩(wěn)定穩(wěn)定的，能的，能迅速迅速和和準(zhǔn)確準(zhǔn)確地跟蹤給定地跟蹤給定值的變化，值的變化，超調(diào)量小超調(diào)量小，在不同，在不同干擾下干擾下系統(tǒng)輸出應(yīng)能系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值保持在給定值，操作變量不宜過(guò)大，在系統(tǒng)與，操作變量不宜過(guò)大，在系統(tǒng)與環(huán)境環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)控制應(yīng)控制應(yīng)保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定。顯然，要同時(shí)滿。顯然，要同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求是困難的，必須根據(jù)具體過(guò)程的要足上述各項(xiàng)要求是困難的，必須根據(jù)具體過(guò)程

11、的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。13第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取試湊法確定試湊法確定PIDPID控制器參數(shù)控制器參數(shù) 試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度試湊法就是根據(jù)控制器各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響程度,邊邊觀察系統(tǒng)的運(yùn)行觀察系統(tǒng)的運(yùn)行,邊修改參數(shù)邊修改參數(shù),直到滿意為止。直到滿意為止。 一般情況下一般情況下,增大比例系數(shù)增大比例系數(shù)KP會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,有利有利于減少靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)于減少靜差。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的

12、超調(diào),并產(chǎn)并產(chǎn)生振蕩使穩(wěn)定性變差。減小積分系數(shù)生振蕩使穩(wěn)定性變差。減小積分系數(shù)KI將減少積分作用將減少積分作用,有利有利于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定于減少超調(diào)使系統(tǒng)穩(wěn)定,但系統(tǒng)消除靜差的速度慢。增加微分但系統(tǒng)消除靜差的速度慢。增加微分系數(shù)系數(shù)KD有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng),是超調(diào)減少是超調(diào)減少,穩(wěn)定性增加穩(wěn)定性增加,但對(duì)但對(duì)干擾的抑制能力會(huì)減弱。在試湊時(shí)干擾的抑制能力會(huì)減弱。在試湊時(shí),一般可根據(jù)以上參數(shù)對(duì)控一般可根據(jù)以上參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)制過(guò)程的影響趨勢(shì),對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例、后積分、再微分的步對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例、后積分、再微分的步驟進(jìn)行整定。驟進(jìn)行整定。14第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器

13、人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取1 1、比例部分整定、比例部分整定 首先將積分系數(shù)首先將積分系數(shù)KIKI和微分系數(shù)和微分系數(shù)KDKD取零取零, ,即取消微即取消微分和積分作用分和積分作用, ,采用純比例控制。將比例系數(shù)采用純比例控制。將比例系數(shù)KPKP由小由小到大變化到大變化, ,觀察系統(tǒng)的響應(yīng)觀察系統(tǒng)的響應(yīng), ,直至速度快直至速度快, ,且有一定范且有一定范圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差在規(guī)定范圍之內(nèi)圍的超調(diào)為止。如果系統(tǒng)靜差在規(guī)定范圍之內(nèi), ,且響且響應(yīng)曲線已滿足設(shè)計(jì)要求應(yīng)曲線已滿足設(shè)計(jì)要求, ,那么只需用純比例調(diào)節(jié)器即那么只需用純比例調(diào)節(jié)器即可。可。15

14、第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取2 2、積分部分整定、積分部分整定 如果比例控制系統(tǒng)的靜差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求如果比例控制系統(tǒng)的靜差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求, ,這這時(shí)可以加入積分作用。在整定時(shí)將積分系數(shù)時(shí)可以加入積分作用。在整定時(shí)將積分系數(shù)KIKI由小由小逐漸增加逐漸增加, ,積分作用就逐漸增強(qiáng)積分作用就逐漸增強(qiáng), ,觀察輸出會(huì)發(fā)現(xiàn)觀察輸出會(huì)發(fā)現(xiàn), ,系統(tǒng)的靜差會(huì)逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗(yàn)幾次系統(tǒng)的靜差會(huì)逐漸減少直至消除。反復(fù)試驗(yàn)幾次, ,直到消除靜差的速度滿意為止。注意這時(shí)的超調(diào)量直到消除靜差的速度滿意為止。注意這時(shí)的超調(diào)量會(huì)比原來(lái)加大會(huì)比

15、原來(lái)加大, ,應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)比例系數(shù)應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)比例系數(shù)KPKP。16第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取3 3、微分部分整定、微分部分整定 若使用比例積分若使用比例積分(PI)(PI)控制器經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達(dá)不控制器經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍達(dá)不到設(shè)計(jì)要求到設(shè)計(jì)要求, ,或不穩(wěn)定或不穩(wěn)定, ,這時(shí)應(yīng)加入微分作用這時(shí)應(yīng)加入微分作用, ,整定整定時(shí)先將微分系數(shù)時(shí)先將微分系數(shù)KDKD從零逐漸增加從零逐漸增加, ,觀察超調(diào)量和穩(wěn)觀察超調(diào)量和穩(wěn)定性定性, ,同時(shí)相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù)同時(shí)相應(yīng)地微調(diào)比例系數(shù)KPKP、積分系數(shù)、積分系數(shù)KI,KI,逐逐步使湊步

16、使湊, ,直到滿意為止直到滿意為止. .17第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取4 4、采樣周期的選擇、采樣周期的選擇 采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，控制效果越采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，控制效果越接近連續(xù)控制。對(duì)大多數(shù)算法，縮短采樣周期可使接近連續(xù)控制。對(duì)大多數(shù)算法，縮短采樣周期可使控制回路性能改善，但采樣周期縮短時(shí)，頻繁的采控制回路性能改善，但采樣周期縮短時(shí)，頻繁的采樣必然會(huì)占用較多的計(jì)算工作時(shí)間，同時(shí)也會(huì)增加樣必然會(huì)占用較多的計(jì)算工作時(shí)間，同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。選擇采樣周期遵循采樣定理：計(jì)算機(jī)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。選擇采樣周期

17、遵循采樣定理：maxmax21fT式中式中 為信號(hào)頻率組分中最高頻率分量。為信號(hào)頻率組分中最高頻率分量。18第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 PIDPID控制器的參數(shù)選取控制器的參數(shù)選取1 1）根據(jù)）根據(jù)被控對(duì)象的變化快慢被控對(duì)象的變化快慢來(lái)選取采樣周期，變化快來(lái)選取采樣周期，變化快T T取小些，變化慢取大些。取小些，變化慢取大些。2 2）如果系統(tǒng)存在）如果系統(tǒng)存在干擾干擾，要求采樣周期短，使擾動(dòng)能迅，要求采樣周期短，使擾動(dòng)能迅速得到校正。速得到校正。3 3）采樣周期太小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。）采樣周期太小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。同時(shí)，因受微機(jī)計(jì)算精度的影

18、響，當(dāng)采樣周期小到一同時(shí)，因受微機(jī)計(jì)算精度的影響，當(dāng)采樣周期小到一定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來(lái)，使調(diào)節(jié)定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來(lái)，使調(diào)節(jié)作用因此而減弱。作用因此而減弱。4 4）控制的回路控制的回路較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長(zhǎng)，以使每較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長(zhǎng)，以使每個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)間來(lái)完成。個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)間來(lái)完成。19第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 Simulink Simulink是是MatalbMatalb的重要組件之一，它向用戶提的重要

19、組件之一，它向用戶提供一個(gè)供一個(gè)動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在此的集成環(huán)境。在此環(huán)境中，用戶無(wú)需書寫大量的程序，而只需通過(guò)環(huán)境中，用戶無(wú)需書寫大量的程序，而只需通過(guò)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單直觀直觀的鼠標(biāo)操作，選取適當(dāng)?shù)哪K，就可構(gòu)造出復(fù)雜的鼠標(biāo)操作，選取適當(dāng)?shù)哪K，就可構(gòu)造出復(fù)雜的仿真模型。它的仿真模型。它可構(gòu)造的系統(tǒng)包括：可構(gòu)造的系統(tǒng)包括：線性、非線性；線性、非線性；離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系離散、連續(xù)及混合系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。統(tǒng)。20第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMUL

20、INK仿真軟件介紹仿真軟件介紹SimulinkSimulink模塊庫(kù)簡(jiǎn)介模塊庫(kù)簡(jiǎn)介 模塊搜索 模塊描述 系統(tǒng)模塊 系統(tǒng)模塊庫(kù) 21第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù) 離散系統(tǒng)模塊庫(kù) 函數(shù)與表庫(kù) 數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù) 非線性系統(tǒng)模塊庫(kù) 信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù) 系統(tǒng)輸出模塊庫(kù) 系統(tǒng)輸入信號(hào)模塊庫(kù) Simulink 子系統(tǒng)模塊庫(kù) 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)離散系統(tǒng)模塊庫(kù)函數(shù)與表庫(kù)數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)子系統(tǒng)模塊庫(kù)Simulink的公共模塊庫(kù)的公共模塊庫(kù)22第第4

21、 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 ： 連續(xù)信號(hào)的數(shù)值微分 輸入信號(hào)的連續(xù)時(shí)間積分 單步積分延遲，輸出為前一個(gè)輸入 線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 線性連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行固定時(shí)間延遲 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行可變時(shí)間延遲 線性連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型 模塊功能說(shuō)明連續(xù)信號(hào)的數(shù)值微分輸入信號(hào)的連續(xù)時(shí)間積分單步積分延遲，輸出為前一個(gè)輸入線性連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述線性連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行固定時(shí)間延遲對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行可變時(shí)間延遲線性連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)及

22、其功能 23第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 模塊功能說(shuō)明模塊功能說(shuō)明： 線性離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述 線性離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型描述 線性離散系統(tǒng)的濾波器描述 線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 離散時(shí)間積分器 離散信號(hào)的一階保持器 單位延遲 離散信號(hào)的零階保持器 模塊功能說(shuō)明模塊功能說(shuō)明： 線性離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)描述 線性離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型描述 線性離散系統(tǒng)的濾波器描述 線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 離散時(shí)間積分器 離散信號(hào)的一階保持器 單位延遲 離散信號(hào)的零階保持器 模塊功能說(shuō)明：線性離散系統(tǒng)的

23、傳遞函數(shù)描述線性離散系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型描述線性離散系統(tǒng)的濾波器描述線性離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述離散時(shí)間積分器離散信號(hào)的一階保持器單位延遲離散信號(hào)的零階保持器 離散系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能離散系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能24第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 模塊功能說(shuō)明模塊功能說(shuō)明： 表數(shù)據(jù)選擇器（從表中選擇數(shù)據(jù)） 求取輸入信號(hào)的數(shù)學(xué)函數(shù)值 對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算 輸入信號(hào)的一維線性內(nèi)插 輸入信號(hào)的二維線性內(nèi)插 輸入信號(hào)的 n 維線性內(nèi)插 M 函數(shù)，對(duì)輸入進(jìn)行運(yùn)算輸出結(jié)果 多項(xiàng)式求值 查找輸入信號(hào)所在范圍 S

24、函數(shù)模塊 S 函數(shù)生成器 模塊功能說(shuō)明：表數(shù)據(jù)選擇器（從表中選擇數(shù)據(jù)）求取輸入信號(hào)的數(shù)學(xué)函數(shù)值對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算輸入信號(hào)的一維線性內(nèi)插輸入信號(hào)的二維線性內(nèi)插輸入信號(hào)的n維線性內(nèi)插M函數(shù)（對(duì)輸入進(jìn)行運(yùn)算輸出結(jié)果）多項(xiàng)式求值查找輸入信號(hào)所在范圍S-函數(shù)模塊S-函數(shù)生成器函數(shù)與表庫(kù)以及其中各模塊的功能函數(shù)與表庫(kù)以及其中各模塊的功能25第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹模模 塊塊 功功 能能 說(shuō)說(shuō) 明明 ： 求 取 信 號(hào) 的 絕 對(duì) 值 輸 出 強(qiáng) 制 系 統(tǒng) 輸 入 為 零 的 代 數(shù) 狀

25、態(tài) 按 位 邏 輯 運(yùn) 算 邏 輯 真 值 查 找 輸 出 輸 入 復(fù) 數(shù) 的 幅 值 與 相 位 輸 出 系 統(tǒng) 輸 入 的 實(shí) 部 或 虛 部 點(diǎn) 乘 運(yùn) 算 信 號(hào) 增 益 信 號(hào) 邏 輯 運(yùn) 算 幅 值 與 相 位 轉(zhuǎn) 化 為 復(fù) 數(shù) 形 式 特 定 的 一 些 數(shù) 學(xué) 函 數(shù) 矩 陣 增 益 求 取 輸 入 的 最 小 或 最 大 值 乘 法 或 除 法 器 從 輸 入 實(shí) 部 與 虛 部 構(gòu) 造 復(fù) 數(shù) 關(guān) 系 運(yùn) 算 器 求 整 運(yùn) 算 器 符 號(hào) 運(yùn) 算 漸 變 增 益 對(duì) 輸 入 求 和 或 差 三 角 與 雙 曲 函 數(shù) 模塊功能說(shuō)明：求取信號(hào)的絕對(duì)值輸出強(qiáng)制系統(tǒng)輸入為零的

26、代數(shù)狀態(tài)按位邏輯運(yùn)算邏輯真值查找輸出輸入復(fù)數(shù)的幅值與相位輸出系統(tǒng)輸入的實(shí)部或虛部點(diǎn)乘運(yùn)算信號(hào)增益信號(hào)邏輯運(yùn)算幅值與相位轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)形式特定的一些數(shù)學(xué)函數(shù)矩陣增益求取輸入的最小或最大值乘法或除法器從輸入實(shí)部與虛部構(gòu)造復(fù)數(shù)關(guān)系運(yùn)算器求整運(yùn)算器符號(hào)運(yùn)算漸變?cè)鲆鎸?duì)輸入求和或差三角與雙曲函數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)以及其中各模塊的功能數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)以及其中各模塊的功能26第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹2模塊功能說(shuō)明：模塊功能說(shuō)明：死區(qū)間隙庫(kù)侖粘滯信號(hào)死區(qū)信號(hào)雙輸出選擇器（手動(dòng)）多端口輸出選擇器量化器信號(hào)上升、下降速率

27、控制器信號(hào)延遲器飽和信號(hào)三路選擇器、根據(jù)輸入控制輸出模塊功能說(shuō)明：死區(qū)間隙庫(kù)侖粘滯信號(hào)死區(qū)信號(hào)雙輸出選擇器（手動(dòng)）多端口輸出選擇器量化器信號(hào)上升、下降速率控制器信號(hào)延遲器飽和信號(hào)三路選擇器(根據(jù)輸入2控制輸出) 非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能非線性系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能27第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹Signals & Systems（信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)） 模模 塊塊 功功 能能 說(shuō)說(shuō) 明明 ： 數(shù) 據(jù) 類 型 轉(zhuǎn) 換 器 信 號(hào) 分 解 器 從G o to 模 塊 中 獲 得 信 號(hào) 函

28、 數(shù) 調(diào) 用 發(fā) 生 器 向G o to 模 塊 傳 遞 信 號(hào) G o to 模 塊 標(biāo) 記 控 制 器 將 信 號(hào) 與 特 定 的 偏 移 值 比 較 初 始 化 信 號(hào) 矩 陣 串 聯(lián) 器 合 并 輸 入 信 號(hào) 為 一 個(gè) 輸 出 模 塊 控 制 信 息 信 號(hào) 組 合 器 信 號(hào) 探 測(cè) 器 信 號(hào) 維 數(shù) 改 變 器 選 擇 或 重 組 信 號(hào) 信 號(hào) 線 屬 性 修 改 輸 入 信 號(hào) 寬 度 模塊功能說(shuō)明：數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換器信號(hào)分解器從 Goto模塊中獲得信號(hào)函數(shù)調(diào)用發(fā)生器向 Goto模塊傳遞信號(hào)Goto模塊標(biāo)記控制器將信號(hào)與特定的偏移值比較初始化信號(hào)矩陣串聯(lián)器合并輸入信號(hào)為一個(gè)輸

29、出模塊控制信息信號(hào)組合器信號(hào)探測(cè)器信號(hào)維數(shù)改變器選擇或重組信號(hào)信號(hào)線屬性修改輸入信號(hào)寬度28第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹模模塊塊功功能能說(shuō)說(shuō)明明： 對(duì)信號(hào)進(jìn)行分配 由輸入產(chǎn)生總線信號(hào) 總線信號(hào)選擇器 用戶定義的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中讀取數(shù)據(jù) 向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)寫數(shù)據(jù) 模塊功能說(shuō)明：對(duì)信號(hào)進(jìn)行分配由輸入產(chǎn)生總線信號(hào)總線信號(hào)選擇器用戶定義的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中讀取數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)寫數(shù)據(jù)信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能信號(hào)與系統(tǒng)模塊庫(kù)及其功能 29第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控

30、制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹模塊功能說(shuō)明：模塊功能說(shuō)明： 以數(shù)值形式顯示輸入信號(hào) 懸浮信號(hào)顯示器 為子系統(tǒng)或模型提供輸出端口 信號(hào)顯示器 當(dāng)輸入非零時(shí)停止仿真 中斷輸出信號(hào) 將仿真數(shù)據(jù)寫入 mat 文件 將仿真數(shù)據(jù)輸出到 Matlab 工作空間 使用 Matlab 圖形顯示數(shù)據(jù) 模塊功能說(shuō)明：以數(shù)值形式顯示輸入信號(hào)懸浮信號(hào)顯示器為子系統(tǒng)或模型提供輸出端口信號(hào)顯示器當(dāng)輸入非零時(shí)停止仿真中斷輸出信號(hào)將仿真數(shù)據(jù)寫入.mat文件將仿真數(shù)據(jù)輸出到MATLAB工作空間使用MATLAB圖形顯示數(shù)據(jù)系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)系統(tǒng)輸出模塊庫(kù)SinksSinks及其

31、功能及其功能30第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹 模模塊塊功功能能說(shuō)說(shuō)明明： 有限帶寬白噪聲 輸出頻率隨時(shí)間線性變換的正弦信號(hào) 輸出當(dāng)前仿真時(shí)間 常數(shù)輸入 以固定速率輸出當(dāng)前仿真時(shí)間 從 Matlab 工作空間中輸入數(shù)據(jù) 從 mat 文件中輸入數(shù)據(jù) 接地信號(hào) 為子系統(tǒng)或其它模型提供輸入端口 輸入脈沖信號(hào) 輸入斜坡信號(hào) 輸入服從高斯分布的隨機(jī)信號(hào) 輸入周期信號(hào) 信號(hào)發(fā)生器 正弦信號(hào)初始器 輸入階躍信號(hào) 輸入服從高斯分布的隨機(jī)信號(hào) 模塊功能說(shuō)明：有限帶寬白噪聲輸出頻率隨時(shí)間線性變換的正弦信號(hào)輸

32、出當(dāng)前仿真時(shí)間常數(shù)輸入以固定速率輸出當(dāng)前仿真時(shí)間從MATLAB 工作空間中輸入數(shù)據(jù)從.mat文件中輸入數(shù)據(jù)接地信號(hào)為子系統(tǒng)或其它模型提供輸入端口輸入脈沖信號(hào)輸入斜坡信號(hào)輸入服從高斯分布的隨機(jī)信號(hào)輸入周期信號(hào)信號(hào)發(fā)生器正弦信號(hào)初始器輸入階躍信號(hào)輸入服從高斯分布的隨機(jī)信號(hào) 系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)系統(tǒng)輸入模塊庫(kù)SourcesSources及其功能及其功能31第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹模模 塊塊 功功 能能 說(shuō)說(shuō) 明明 ： 可 配 置 子 系 統(tǒng) 原 子 子 系 統(tǒng) 使 能 子 系 統(tǒng) 使 能 觸

33、發(fā) 子 系 統(tǒng) For 循 環(huán) 子 系 統(tǒng) 函 數(shù) 調(diào) 用 子 系 統(tǒng) If 條 件 子 系 統(tǒng) 條 件 執(zhí) 行 子 系 統(tǒng) 通 用 子 系 統(tǒng) 子 系 統(tǒng) 示 例 Switch Case 子 系 統(tǒng) Switch Case 動(dòng) 作 子 系 統(tǒng) 觸 發(fā) 子 系 統(tǒng) 當(dāng) 型 循 環(huán) 子 系 統(tǒng) 模塊功能說(shuō)明：可配置子系統(tǒng)原子子系統(tǒng)使能子系統(tǒng)使能觸發(fā)子系統(tǒng)For 循環(huán)子系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)If條件子系統(tǒng)條件執(zhí)行子系統(tǒng)通用子系統(tǒng)Switch-Case子系統(tǒng)Switch-Case動(dòng)作子系統(tǒng)觸發(fā)子系統(tǒng)當(dāng)型循環(huán)子系統(tǒng) 子系統(tǒng)模塊庫(kù)子系統(tǒng)模塊庫(kù)Subsystems及其功能及其功能32第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)

34、器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMULINKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹SimulinkSimulink專業(yè)模塊庫(kù)專業(yè)模塊庫(kù)（1）Control System Toolbox模塊庫(kù)： 面向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，主要提供線性時(shí)不變系統(tǒng)的模塊。 (2) DSP Blockset模塊庫(kù)： 面向數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，主要提供DSP輸入模塊、DSP輸出模塊、信號(hào)預(yù)測(cè)與估計(jì)模塊、濾波器模塊、DSP數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、量化器模塊、信號(hào)管理模塊、信號(hào)操作模塊、統(tǒng)計(jì)模塊以及信號(hào)變換模塊等。 33第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPID控制控制 MATLAB SIMUL

35、INKMATLAB SIMULINK仿真軟件介紹仿真軟件介紹(3)Simulink Extras模塊庫(kù)： 主要補(bǔ)充Simulink公共模塊庫(kù)，提供附加連續(xù)模塊庫(kù)、附加線性系統(tǒng)模塊庫(kù)、附加輸出模塊庫(kù)、觸發(fā)器模塊庫(kù)、線性化模塊庫(kù)、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊庫(kù)以及航空航天系統(tǒng)模塊庫(kù)等。(4)S-function demos模塊庫(kù)： 主要提供C+、C、FORTRAN以及M文件下S-函數(shù)的模塊庫(kù)的演示模塊。(5)Real-Time Workshop與Real-Time WindowsTarget模塊庫(kù)： 主要提供各種用來(lái)進(jìn)行獨(dú)立可執(zhí)行代碼或嵌入式代碼生成，以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)仿真的模塊。它們和RTW、TLC有著密切的聯(lián)系。34第第4 4章章 機(jī)器人的機(jī)器人的PIDPI