球杆系统实验指导书 (1)
球杆仪作业指导书
球杆仪作业指导书
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2.1将带有磁性的工具球碗安装在适当的刀柄上。注意：以免工具球碗被夹坏，只要工具球碗夹紧时用手转不动即可。
2.2将刀柄安装在机床主轴上。
发指令让控制器将主轴定向并锁紧主轴。一般控制器指令为M19。
修改及设定。4.5选择新机型1）立式加工中心
2）卧式加工中心
3）卧式车床
4）立式车床
1.如果你还没有连接球杆仪，请将球杆仪连接到你的计算机串行口。2.当你第一次运行软件，或者，如果你使用不同的球杆仪，你将被请求在弹出的对话窗中（如下图所示）输入刻度因子。刻度因子打印在球杆仪传感器的标签上或传感器盒子上
文件编号：CG-QC-03-002
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球杆仪作业指导书
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品质部
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检验项目
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检验步骤
品质要求
工量治具
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3
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与
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G17
SPOS=0
F3000
G01X-151.5Y0Z0
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G01X-150.Y0
G03I150.J0
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全文
A/0
1球杆系统
球杆系统GBB1004实验报告一、球杆系统的数学模型一、实验目的1) 分析并推导系统的数学模型；2) 求解系统的状态空间方程和传递函数方程；3) 在Matlab 下建立系统的模型并进行阶跃响应仿真。
4) 完成实验报告二、实验步骤1. 球杆系统在Simulink 下的模型建立在Simulink 下建立系统的模型：仿真结果如下：二、球杆系统的数字控制器实验报告一、实验目的学习使用根轨迹法设计一个稳定的系统，进一步理解根轨迹的基本概念和根轨迹图所代表的含义，通过实验来验证增加零、极点以及开环增益对系统性能有何影响。
二、实验步骤1、开环根轨迹实验程序：m=0.028;R=0.0145;g=-9.8;L=0.40;d=0.045;J=0.4*m*R^2;K=(m*g*d)/(L*(J/R^2+m));num=[-K]; den=[1 0 0];plant=tf(num,den);rlocus(plant)运行结果：2、可以看到系统在原点有两个极点沿虚轴伸向无穷远处使用sgrid 命令可以将设计目标也显示在根轨迹上m=0.028;R=0.0145;g=-9.8;L=0.40;d=0.045;J=0.4*m*R^2;K=(m*g*d)/(L*(J/R^2+m));num=[-K];den=[1 0 0];plant=tf(num,den);rlocus(plant)sgrid(0.7,1.9)axis([-5 5 -2 2])运行结果：3、超前补偿器；在上面那个程序前添加以下程序：zo=0.01;po=5;contr=tf([1 zo],[1 po])rlocus(contr*plant)sgrid(0.7，1.9)运行结果：4、现在，根轨迹的分支已经在设计目标范围内。
使用rlocfind 命令来确定系统的增益。
在m文件中加入以下几行[k,poles]=rlocfind(contr*plant)到图形显示窗口选择用十字形光标一点。
自动控制球杆系统实验指导书-2016资料
自动控制综合实验2 实验指导书Part 1球杆系统GBB1004北京邮电大学自动化学院林雪燕2016.5.24前言自动控制是一门理论与实践并重的技术，在成功掌握了理论知识（经典控制、现代控制）的同时再配合做一些经典的自动控制实验，从而加深对自动控制的理解与掌握，为今后从事自动控制的设计和研究工作打下扎实的基础。
为了更好地配合理论教学，达到理论与实践完美的结合，将自动控制相关的实验独立设置成一门实验课：自动控制综合实验。
自动控制理论实验主要目的是通过实验进一步理解自动控制理论的基本概念，熟悉和掌握控制系统的分析方法和设计方法，掌握常用工程软件使用，如MATLAB、LabVIEW 等。
上学期开设的自动控制综合实验（1）主要内容为控制系统的Matlab/simulink 仿真和基于实验箱的硬件模拟，以电路系统为研究对象。
本学期开始的自动控制综合实验（2）的内容是基于典型控制理论实验设备（球杆系统和倒立摆系统），熟悉和掌握控制系统的分析和设计方法。
球杆系统机械简单，结构紧凑，安全性高，采用智能伺服驱动模块和Windows 程序界面，可用于教学或科研。
对于自动控制理论等课程来说，针对设备的非线性与不稳定性特点，设计有效的控制系统是项有意义的工作。
球杆系统要完成的实验有：实验一：小球位置的数据采集处理实验二：球杆系统的PID法控制实验三：球杆系统的根轨迹法控制实验四：球杆系统的频率响应法控制倒立摆是一个典型的不稳定系统，同时又具有多变量、非线性、强耦合的特性，是自动控制理论中的典型被控对象。
运用控制手段可使之具有一定的稳定性和良好的性能。
许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。
倒立摆系统要完成的实验有：实验五：倒立摆的数学建模及稳定性分析实验六：倒立摆的状态反馈控制实验七：不同状态下状态反馈控制效果比较实验八：倒立摆的LQR 控制同学们完成实验后，要完成相应的实验报告，并及时提交。
球杆实验指导
球杆系统GBB1004实验指导书1.2011年球杆系统简介1.1 要点球杆系统是为学习与研究自动控制和运动控制等专业课程而专门开发的，对于经典控制理论和现代控制理论等课程，是一个非常便于基础实验和研究的研究平台。
1.2 球杆系统的特点球杆系统是一个典型的非线性系统，理论上而言，它是一个真正意义上的非线性系统，其执行机构还具有很多非线性特性，包括：♦死区♦直流马达和带轮的传动非线性。
♦位置测量的不连续性。
♦导轨表面不是严格的光滑表面，产生非线性阻力。
这些非线性因素对于传统意义上的测量和建模造成很大的影响，并对系统的控制性能造成非常大的影响，怎样去设计一个鲁棒的控制系统，是现代控制理论的一个重要问题。
固高科技提供的球杆系统既可以用于研究控制系统运行的非线性动力学，也可以用于研究控制系统的非线性观测器等，是一个较为通用的实验设备。
因为系统机械结构的特点，球杆系统具有一个最重要的特性——不稳定性，对于传统的实验方法，存在一些实验的难处，不稳定的系统容易对实验人员产生危险或是不可预料的伤害，球杆系统相对而言，机械比较简单，结构比较紧凑，安全性也比较高，是一个可以避免这些危险和伤害的实验设备。
采用智能伺服驱动模块和直观的Windows程序界面，是控制系统实验的一个理想的实验设备。
1.3 主要组成部分球杆系统主要由以下几部分组成，如图所示。
♦球杆系统组成：包含直流伺服马达和直流电源的机械部分IPM100智能伺服驱动♦控制计算机1.3.1 机械部分机械部分包括底座、小球、横杆、减速皮带轮、支撑部分、马达等。
小球可以在横杆上自由的滚动，横杆的一端通过转轴固定，另一端可以上下转动，通过控制直流伺服电机的位置，带动皮带轮转动，通过传动机构就可以控制横杆的倾斜角。
直流伺服电机带有增量式编码器（1000P/R），可以检测电机的实际位置，在横杆上的凹槽内，有一线性的传感器用于检测小球的实际位置，两个实际位置的信号都被传送给控制系统，构成一个闭环反馈系统。
球杆定位控制系统实验指导书
球杆定位控制系统实验指导书实验指导书深圳市鸥鹏科技有限有限公司二○○五年十月目录目录 (2)一、球杆定位控制系统认知实验 (5)实验目的 (5)实验内容 (5)实验步骤 (5)实验报告 (7)二、系统建模分析 (8)1、机械建模分析 (8)2 电机建模分析 (8)三、球杆定位控制系统控制实验 (11)实验目的 (11)实验内容 (11)1、P控制器设计 (11)2、PD控制器设计 (12)2、PID控制器设计 (12)实验步骤 (12)实验报告 (20)四、球杆定位控制系统扩展控制实验 (21)4. 1 根轨迹算法设计 (21)4.2. 频率响应法设计 (21)前言球杆定位控制系统是为自动化，机械电子，电气工程等专业的基础控制课程教学实验而设计的实验设备。
通过对球杆系统进行分析和实验，学生可以学习对物理系统的建模和控制系统的设计，熟悉PID控制的设计和调节，以及利用别的控制理论和算法进行实验。
一、球杆定位控制系统认知实验实验目的认知球杆定位控制系统的结构和工作原理，熟悉系统的工作流程，并检验系统各通道的工作状况是否正常。
实验内容球杆定位控制系统结构如下图，有连杆机构及相应的电气驱动，传感部分组成，其工作流程为通过电机驱动，带动连杆运动，改变钢球所在滑道的倾斜角度，使钢球在重力作用下沿滑道运动。
本实验内容是要详细了解系统的结构，关键部件，并联机测试各部件工作是否正常。
实验步骤1、认真观察球杆定位控制系统，指出系统的各个部分，打开后盖，认知相关的电气控制部分及机械传动部分，并做好记录。
2、安装好后盖，将电源线，通讯线与电源箱，电脑正常连接。
3、接通电源，打开测试软件：1)在matlab下打开QGTEST.MDL进入测试界面：2)点击运行：3)设置运动位置POS，观察球杆运动情况，4)切换伺服开关，运动，停止开关，测试硬件响应5)改变运动速度，加速度及位置，观察运动情况6)打开各个示波器7)用手轻拨钢球，让钢球在滑道上缓慢滚动，观察采集到钢球的位置数据8)停止实时仿真，观察各示波器数据，并保存到相应的文件实验报告1写出球杆定位控制器通的主要组成，并描述各模块的功能与实现。
自动控制球杆系统实验指导书-2016教材
自动控制综合实验2 实验指导书Part 1球杆系统GBB1004北京邮电大学自动化学院林雪燕2016.5.24前言自动控制是一门理论与实践并重的技术，在成功掌握了理论知识（经典控制、现代控制）的同时再配合做一些经典的自动控制实验，从而加深对自动控制的理解与掌握，为今后从事自动控制的设计和研究工作打下扎实的基础。
为了更好地配合理论教学，达到理论与实践完美的结合，将自动控制相关的实验独立设置成一门实验课：自动控制综合实验。
自动控制理论实验主要目的是通过实验进一步理解自动控制理论的基本概念，熟悉和掌握控制系统的分析方法和设计方法，掌握常用工程软件使用，如MATLAB、LabVIEW 等。
上学期开设的自动控制综合实验（1）主要内容为控制系统的Matlab/simulink 仿真和基于实验箱的硬件模拟，以电路系统为研究对象。
本学期开始的自动控制综合实验（2）的内容是基于典型控制理论实验设备（球杆系统和倒立摆系统），熟悉和掌握控制系统的分析和设计方法。
球杆系统机械简单，结构紧凑，安全性高，采用智能伺服驱动模块和Windows 程序界面，可用于教学或科研。
对于自动控制理论等课程来说，针对设备的非线性与不稳定性特点，设计有效的控制系统是项有意义的工作。
球杆系统要完成的实验有：实验一：小球位置的数据采集处理实验二：球杆系统的PID法控制实验三：球杆系统的根轨迹法控制实验四：球杆系统的频率响应法控制倒立摆是一个典型的不稳定系统，同时又具有多变量、非线性、强耦合的特性，是自动控制理论中的典型被控对象。
运用控制手段可使之具有一定的稳定性和良好的性能。
许多抽象的控制概念如控制系统的稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统直观的表现出来。
倒立摆系统要完成的实验有：实验五：倒立摆的数学建模及稳定性分析实验六：倒立摆的状态反馈控制实验七：不同状态下状态反馈控制效果比较实验八：倒立摆的LQR 控制同学们完成实验后，要完成相应的实验报告，并及时提交。
球杆系统
实验一球杆系统简化模型的建立和稳定性分析一、实验目的1、理解球杆系统模型建立的基本步骤；2、建立球杆系统的简化数学模型；3、掌握控制系统稳定性分析的基本方法；二、实验要求1、建立球杆系统的数学模型；2、分析的稳定性，并在matlab 中仿真验证；三、实验设备1、球杆系统；2、计算机、matlab 平台；四、实验原理系统建模可以分为两种：机理建模和实验建模。
机理建模是在了解研究对象的运动规律基础上，通过物理、化学的知识和数学手段建立起系统内部的输入——输出状态关系。
实验建模是通过在研究对象上加上一系列的研究者事先确定的输入信号，激励研究对象并通过传感器检测其可观测的输出，应用数学手段建立起系统的输入——输出关系。
这里面包括输入信号的设计选取，输出信号的精确检测，数学算法的研究等等内容。
在导轨上移动的系统，是一个典型的运动的刚体系统，可以在惯性坐标系内应用经典力学理论建立系统的动力学方程。
下面采用其中的牛顿——欧拉方法建立球杆的数学模型。
球杆系统的机械部分包括底座、小球、横杆、减速皮带轮、支撑部分、马达等。
如图1.1所示。
图1.1 球杆本体图小球可以在横杆上自由的滚动，横杆的一端通过转轴固定，另一端可以上下转动，通过控制直流伺服电机的位置，带动皮带轮转动，通过传动机构就可以控制横杆的倾斜角。
直流伺服电机带有增量式编码器（1000P/R），可以检测电机的实际位置，在横杆上的凹槽内，有一线性的电阻传感器用于检测小球的实际位置。
当带轮转动角度，横杆的转动角度为，当横杆偏离水平的平衡位置后，在重力作用下，小球开始沿横杆滚动。
如下图1.2所示。
图1.2 球杆运动示意图连线（连杆和同步带轮的连接点与齿轮中心的连线）和水平线的夹角为的角度存在一定的限制，在最小和最大的范围之间），连杆和齿轮的连接点与齿轮中心的距离为d ，横杆与支撑杆连接点的长度为L ，于是，横杆的倾斜角α和θ之间的有如下的数学关系：d Lαθ=角度θ和电机轴之间存在一个减速比4n =的同步带，控制器设计的任务是通过调整齿轮的角度θ，使得小球在某一位置平衡。
自动控制原理实验报告——球杆系统
1系统建模连线（连杆和同步带轮的连接点与齿轮中心的连线）和水平线的夹角为（的角度存在一定的限制，在最小和最大的范围之间），它作为连杆的输入，横杆的倾斜角和之间的有如下的数学关系：角度和电机轴之间存在一个减速比n=4的同步带，控制器设计的任务是通过调整齿轮的角度，使得小球在某一位置平衡。
小球在横杆上滚动的加速度如下式：其中：小球在横杆上的位置r为输出小球的质量m = 0.11kg;小球的半径R = 0.015m;重力加速度g = -9.8m/s2;横杆长L = 0.4m;连杆和齿轮的连接点与齿轮中心的距离为d = 0.04(m);小球的转动惯量J = 2*m*R^2/5(N/m2)。
我们假设小球在横杆上的运动为滚动，且摩擦力可以忽略不计。
因为我们期望角度在0附近，因此我们可以在0附近对其进行线性化，得到近似的线性方程：Laplace变换得：2实验步骤【主要方法】：通过球杆系统仿真，与理想传递函数下的反馈系统的对比，深刻理解系统的调节以及稳定性特征。
2.1PID控制法2.1.1P控制1.含有控制器、球杆系统结构和小球位置反馈的系统框图如下所示：其中，Xd(s)为小球目标位置的拉普拉斯变换，P控制器为：GP(s)=K P 闭环系统的传递函数为：其中，。
2.MATLAB仿真程序代码：m=0.11; R=0.015; g=-9.8; L=0.4; d=0.04;J=2*m*R^2/5;K=(m*g*d)/(L*(J/R^2+m));num=[-K]; den=[1 0 0];plant=tf(num,den);kp=3;sys_cl=feedback(kp*plant,1);step(0.2*sys_cl)（1）当Kp=3时（2）当Kp=6时（3）当Kp=10时3.在Simulink环境下仿真（1）当Kp=3时（2）当Kp=6时（3）当Kp=10时分析：从仿真图和实验图中可以看出，他们的大致波形是一致的，但由于实验受环境影响，如用手抓取小球，桌面收到碰撞震荡等，使波形出现很多毛刺，但系统是不稳定的，出现等幅振荡。
球杆系统实验指导
目录球杆系统说明----------------------------------------------------------------- 31 系统简述--------------------------------------------------------------------------- 32 机械结构--------------------------------------------------------------------------- 53 电器部分--------------------------------------------------------------------------- 54 软件实现--------------------------------------------------------------------------- 6实验一球杆系统的数学模型---------------------------------------------------- 71.1 实验目的------------------------------------------------------------------------- 7 1.2 实验原理------------------------------------------------------------------------- 71. 传递函数------------------------------------------------------------------------------------------------ 92. 状态空间方程 ------------------------------------------------------------------------------------------ 9 1.3 实验内容------------------------------------------------------------------------- 9 1）、2）略--------------------------------------------------------------------------- 9 3）在MATLAB 中求取传递函数及其开环阶跃响应----------------------------------------- 101. 传递函数-----------------------------------------------------------------------------------------------102. 状态空间方程 ----------------------------------------------------------------------------------------- 113. 球杆系统在Simulink 下的模型建立 -------------------------------------------------------------- 11 1.4 实验设备------------------------------------------------------------------------ 14实验二球杆系统的数字P 控制器设计------------------------------------------ 152.1 实验目的------------------------------------------------------------------------ 15 2.2 实验原理------------------------------------------------------------------------ 15 2.3 实验设备------------------------------------------------------------------------ 16 2.4 实验内容------------------------------------------------------------------------ 16实验三球杆系统的数字PD 控制器设计---------------------------------------- 183.1 实验目的------------------------------------------------------------------------ 18 3.2 实验原理------------------------------------------------------------------------ 18 3.3 实验设备------------------------------------------------------------------------ 20 3.4 实验内容------------------------------------------------------------------------ 20实验四球杆系统的数字PID 控制器设计--------------------------------------- 214.1 实验目的------------------------------------------------------------------------ 21 4.2 实验原理------------------------------------------------------------------------ 21 4.3 实验设备------------------------------------------------------------------------ 22 4.4 实验内容------------------------------------------------------------------------ 22实验五根轨迹算法设计球杆系统控制器----------------------------------------- 245.1 实验目的------------------------------------------------------------------------ 24 5.2 实验原理及内容------------------------------------------------------------------ 24 5.3 实验设备---------------------------------------------------------------- 28实验六频率响应法设计球杆系统控制器----------------------------------------- 296.1 实验目的---------------------------------------------------------------- 296.2 实验原理及内容---------------------------------------------------------- 296.3 实验设备---------------------------------------------------------------- 33实验七球杆系统在Matlab Simulink 环境下的实时控制-------------------------- 347.1 实验目的------------------------------------------------------------------------ 34 7.2 实验原理------------------------------------------------------------------------ 34 7.3 实验设备------------------------------------------------------------------------ 41 7.4 实验内容------------------------------------------------------------------------ 41附：IPM MOTION实验程序使用说明--------------------------------------------- 42球杆系统说明1 系统简述球杆系统（Ball & Beam ）是为自动控制原理等基础控制课程的教学实验而设计的实验设备。
球杆系统实验指导书主体
GBB 系列球杆系统实验指导书I 目录第1章 GBB 系列球杆系统说明........................................................................................................ - 1 -1.1 系统简述 ....................................................................................................................................... - 1 -1.2 系统组成 ....................................................................................................................................... - 1 -1.3 实验及特点 ................................................................................................................................... - 3 -第2章 球杆系统对象机构设计与装配实践 ..................................................................................... - 4 -2.1 实验目的 ....................................................................................................................................... - 4 -2.2 实验原理 ....................................................................................................................................... - 4 -2.3 实验设备 ....................................................................................................................................... - 6 -2.4 实验内容 ....................................................................................................................................... - 6 -第3章 球杆系统的创新结构设计实验 ............................................................................................. - 7 -3.1 实验目的 ....................................................................................................................................... - 7 -3.2 实验原理 ....................................................................................................................................... - 7 -3.3 实验设备 ....................................................................................................................................... - 8 -3.4 实验内容 ....................................................................................................................................... - 8 -第4章 小球直线位移测量实验和AD 转换 ..................................................................................... - 9 -4.1 实验目的 ....................................................................................................................................... - 9 -4.2 实验原理 ....................................................................................................................................... - 9 -4.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 10 -4.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 11 -第5章 角度位移测量实验-模拟方法（电位器） .......................................................................... - 12 -5.1 实验目的 ..................................................................................................................................... - 12 -5.2 实验原理 ..................................................................................................................................... - 12 -5.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 12 -5.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 12 -第6章 角度位移测量实验-数字方法（编码器） .......................................................................... - 13 -6.1 实验目的 ..................................................................................................................................... - 13 -6.2 实验原理 ..................................................................................................................................... - 13 -6.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 14 -6.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 14 -第7章 数字滤波分析 ....................................................................................................................... - 16 -7.1 实验目的 ..................................................................................................................................... - 16 -7.2 实验原理 ..................................................................................................................................... - 16 -7.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 18 -7.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 18 -第8章 直流伺服电机参数辨识实验 ............................................................................................... - 19 -8.1 实验目的 ..................................................................................................................................... - 19 -8.2 实验原理 ..................................................................................................................................... - 19 -8.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 20 -8.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 20 -第9章 直流伺服电机的调速控制实验 ........................................................................................... - 22 -9.1 实验目的 ..................................................................................................................................... - 22 -II 9.2 实验原理 ..................................................................................................................................... - 22 -9.3 实验设备 ..................................................................................................................................... - 23 -9.4 实验内容 ..................................................................................................................................... - 23 -第10章 直流伺服电机的位置控制实验 ......................................................................................... - 26 - 10.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 26 - 10.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 26 - 10.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 27 - 10.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 27 -第11章 测速发电机实验 ................................................................................................................. - 29 - 11.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 29 - 11.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 29 - 11.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 30 - 11.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 30 -第12章 智能伺服驱动器的使用与编程（计算机接口实验等） ................................................. - 31 - 12.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 31 - 12.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 31 - 12.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 33 - 12.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 33 -第13章 球杆系统的数学模型 ......................................................................................................... - 34 - 13.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 34 - 13.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 34 - 13.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 38 - 13.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 39 -第14章 球杆系统的数字P 控制器设计 ......................................................................................... - 40 - 14.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 40 - 14.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 40 - 14.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 41 - 14.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 41 -第15章 球杆系统的模拟P 控制器设计 ......................................................................................... - 43 - 15.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 43 - 15.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 43 - 15.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 45 - 15.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 45 -第16章 球杆系统的数字PD 控制器设计 ...................................................................................... - 46 - 16.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 46 - 16.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 46 - 16.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 47 - 16.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 47 -第17章 球杆系统的模拟PD 控制器设计 ...................................................................................... - 49 - 17.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 49 - 17.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 49 - 17.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 50 - 17.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 50 -GBB 系列球杆系统实验指导书III 第18章 球杆系统的数字PID 控制器设计 .................................................................................... - 51 - 18.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 51 - 18.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 51 - 18.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 52 - 18.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 52 -第19章 球杆系统的模拟PID 控制器设计 .................................................................................... - 54 - 19.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 54 - 19.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 54 - 19.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 56 - 19.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 56 -第20章 球杆系统在MATLAB SIMULINK 环境下的实时控制 ............................................... - 57 - 20.1 实验目的 ................................................................................................................................... - 57 - 20.2 实验原理 ................................................................................................................................... - 57 - 20.3 实验设备 ................................................................................................................................... - 63 - 20.4 实验内容 ................................................................................................................................... - 63 - 附录1 电路原理图 ............................................................................................................................ - 64 - 附录2 电气接线图 ............................................................................................................................ - 65 -GBB 系列球杆系统实验指导书- 1 - 第1章 GBB 系列球杆系统说明1.1 系统简述GBB 系列球杆系统是专为自动控制原理等基础控制课程的教学实验而开发、设计的实验设备，它是一个安全的开环不稳定物理系统，可以将许多抽象的控制概念通过物理学运动直观的表现出来，有趣而富有挑战性，因此特别适合于基础控制课程实验。
球杆实验报告
球杆实验报告球杆实验报告引言：球杆是高尔夫运动中至关重要的装备之一。
球杆的设计和材料选择对于球员的击球效果和运动表现有着重要的影响。
为了深入了解球杆的性能和特点，本次实验旨在通过对不同材料和设计的球杆进行测试和比较，探究其对击球距离和准确性的影响。
实验方法：1. 实验设备准备：- 不同材料和设计的球杆：包括钢铁球杆、铝合金球杆和碳纤维球杆。
- 高尔夫球：标准尺寸和重量的高尔夫球。
- 测距仪：用于测量击球距离的仪器。
- 准星装置：用于测量击球准确性的装置。
- 实验场地：标准高尔夫球场。
2. 实验步骤：a. 准备不同材料和设计的球杆，并确保它们的长度和重量相同。
b. 在实验场地上进行一系列击球实验，每次实验使用不同的球杆。
c. 记录每次击球的距离和准确性。
d. 对实验结果进行统计和分析。
实验结果：1. 球杆材料对击球距离的影响：在实验中，我们发现碳纤维球杆的击球距离明显优于钢铁球杆和铝合金球杆。
碳纤维球杆的轻量化和强度优势使得球杆的弹性和挥杆速度增加，从而能够更远地击打高尔夫球。
而钢铁球杆和铝合金球杆由于材料的重量和刚性限制，击球距离相对较短。
2. 球杆设计对击球准确性的影响：在实验中，我们发现球杆的设计对于击球准确性有着重要的影响。
具有较大击球面积的球杆能够提供更大的击球容错度，使得球员在击球时更容易保持准确性。
此外，球杆的重心位置和弯曲度也会对准确性产生影响。
一些设计合理的球杆能够提供更好的控制性能，使得球员能够更准确地击球。
讨论和结论：通过本次实验，我们得出了以下结论：1. 碳纤维球杆在击球距离方面具有明显的优势，其轻量化和强度优势使得球员能够更远地击打高尔夫球。
2. 球杆的设计对于击球准确性有着重要的影响，具有较大击球面积和合理的重心位置和弯曲度的球杆能够提供更好的控制性能。
3. 在选择球杆时，球员应根据自身技术水平和击球需求来选择合适的材料和设计。
实验的局限性和改进方向：本次实验仅考虑了球杆材料和设计对击球距离和准确性的影响，未考虑其他因素如球员的技术水平和击球动作等。
球杆系统
（2）
2 在Simulink中建立球杆系统的模型
3 电气模型
电机轴的位置通过电机附带的编码器进行检测， θ和电机轴存在一个减速比n=4 编码器输出脉冲信号，并反馈给IPM100，驱 动器接收增量式编码器的信号，信号由两路信号 （A，B信号）以及一路index信号组成，两路信 号为方波信号，两者之间相位差为90度，A信号超 前B信号说明电机正转，否则说明电机反转。 控制器对编码器信号进行4分频，电机的位置 精度提高到四倍。电机转动一圈，index信号产生 一个负脉冲，用于同步控制或精确的控制。
三、实验
1.球杆系统的开环模型
X (s)和 (s)分别为系统输出（小球的位置）和输 入（齿轮的角度）的拉普拉斯变换。
2.球杆系统的PID控制
PID控制器的传递函数为：
KP， KI 和KD为PID控制器的比例，积分和微分参数。
3.完成报告内容
（1）在Simulink中建立球杆系统的模型 （2）假设控制的性能指标要求如下： ♦ 调整时间小于1秒（2％误差） ♦ 超调量小于10％ 分别对球杆系统实现P控制、PD控制、PID控制， 对其稳定性进行理论分析，并在实际系统上验 证，给出控制实验结果曲线。 可假设： m = 0.11 R = 0.015 g = -9.8; L = 0.4 d = 0.04 J =2*m*R^2/5
传递函数包含一个积分项1/s，具有积分的特 性，通常Ra、Tm和J0都很小，伺服电机可以看作 为一个积分器。
♦ 球杆系统采用电位计检测小球的位置，电位 计安装在横杆上，小球位置对应的电压信号输 送给IPM100智能驱动的AD转换器。
4 控制结构
球杆系统的闭环控制系统结构图如下：
自动控制原理实验报告——球杆系统
自动控制原理实验报告——球杆系统一、实验目的1、了解自动控制中的反馈控制原理。
2、通过对球杆系统的建模，实现对球杆运动的自动控制。
3、了解PID控制器的基本原理及其参数调节方法。
二、实验器材1、单轴直线滚动导轨2、步进电机3、直流电机5、万用表6、电脑三、实验原理反馈控制是控制系统中的一种常见方法。
其工作过程是测量输出量，与设定值进行比较，然后用输出的误差信号来调整控制器，从而控制输入量，使输出量达到设定值。
这种工作方式的主要特点是能够在一定程度上处理外部干扰和系统变化。
2、控制对象球杆系统具有非线性和时变特点，建模时常用的方法是状态空间法，即用矩阵方程来描述系统的状态和动态特性，从而实现系统的控制。
其中，球杆系统的状态向量可以表示为：式中，α和θ分别表示球杆的角度和倾斜角度，u则是系统的输入。
3、PID控制器PID控制器是一种基本的反馈控制器，其主要特点是能够在一定程度上克服系统的非线性和时变性。
其控制策略是将误差信号经Proportional、Integral、Derivative三个环节处理后再输出控制信号。
具体来说，PID控制器的输出可以表示为：式中，e表示当前误差，T为采样时间，Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数。
这些系数是PID控制器的重要参数，在控制实际物理系统时需要进行合理调节。
四、实验过程1、球杆系统建模根据上述原理，我们采用模型参数估计法，对球杆系统的状态方程进行求解和建模。
下图为球杆系统的实物模型：其中，Θ为球杆的倾斜角度，α为球杆相对于竖直方向的偏角。
此外，球杆的长度为L，质量为m，转动惯量为I。
考虑到系统的非线性和时变性，我们采用状态空间法进行建模，得到以下的状态方程：根据系统的动态特性，我们选择PID控制器进行调节，以使球杆系统达到平衡状态。
首先我们需要调节PID控制器的三个系数，通过试验寻找较为合适的值。
其中，Kp控制系统的快速性，Ki控制系统的稳定性，Kd则是控制系统的抗干扰性。
球杆系统完整版
实验一 简化模型的建立和稳定性分析一、 实验目的1、了解机理法建模的基本步骤；2、会用机理法建立球杆系统的简化数学模型；3、掌握控制系统稳定性分析的基本方法；二、 实验要求1、采用机理法建立球杆系统的数学模型；2、分析系统的稳定性，并在Matlab 中仿真验证；三、 实验设备1、球杆系统；2、计算机，Matlab 平台；四、实验内容1、根据微分方程求取传递函数当以θ为系统输入量时，位置r 和θ的传递函数为：()()21.853r s s sθ= 2、 球杆闭环系统稳定性分析构建如图 2.1.4 所示单位负反馈闭环系统，则系统的闭环极点为【+1.36i 】，【-1.36i 】：3、仿真Matlab 仿真结果如下：五、实验记录内容数据开环系统传递函数()()21.853c s u s s = 闭环系统输入 0.25m 闭环系统输出信号振荡六、实验分析及思考题影响系统稳定的因素是闭环系统的极点位置，闭环极点为【i ，-i 】，则系统震荡。
测量系统稳定性的方法之一是加入大小合适的阶跃信号，根据其输出的阶跃响应分析系统的稳定性和其他性能。
思考题：1、根据建模的过程，总结机理法建模的基本步骤； 答： 1)根据系统运动的物理规律建立方程；2)化简为微分方程；3)根据小偏差线性化的方法化简为线性系统的传递函数；2、实验结果分析、讨论和建议。
答：由Matlab 仿真结果来看，系统闭环极点在虚轴上，进行等幅振荡，应设计控制控制器进行调节。
实验二 PID 校正一、实验目的1、会用PID 法设计球杆系统控制器；2、设计并验证校正环节；二、 实验要求1、根据给定的性能指标，采用凑试法设计PID 校正环节，校正球杆系统，并验证之。
2、设球杆系统的开环传递函数为：()021.853G s s =，设计PID 校正环节，使系统的性能指标达到：10s t s ≤，30%p σ≤。
三、实验设备1、球杆系统；2、计算机，Matlab 平台；四、实验内容1、PID 校正法仿真其中PID 参数为： 1.5p K = 0.3i K = 1.5d K = 仿真运行结果如下：2、PID 实时控制系统框图如下：其中PID 参数为： 1.5p K = 0.3i K = 1.5d K =运行结果如下：五、实验记录控制器参数性能指标 未校正系统系统振荡校正系统仿真 1.5p K = 0.3i K = 1.5d K = t s= 3.15秒，σp=20% 校正改进系统实测 1.5p K = 0.3i K = 1.5d K =t s= 11.32秒，σp=52%六、 实验分析1、 怎样确定PID 控制器的参数？答：通过试凑法来不断地调节PID 信号参数，观察系统响应信号，直至系统达到稳定，性能比较好时，确定此时的PID 参数。
球杆系统控制器设计实验报告(北京理工大学).
球杆系统控制器设计实验报告学院：自动化学院组号：5成员：球杆系统控制器设计实验一、实验目的和要求1.1 实验目的（1）通过本设计实验，加强对经典控制方法（PID控制器）和智能控制方法（神经网络、模糊控制、遗传算法等）在实际控制系统中的应用研究。
（2）提高学生有关控制系统控制器的程序设计、仿真和实际运行能力.（3）熟悉MATLAB语言以及在控制系统设计中的应用。
1.2 实验要求（1）每两人一组，完成球杆系统的开环系统仿真、控制器的设计与仿真以及实际运行结果；（2）认真理解设计内容，独立完成实验报告，实验报告要求：设计题目，设计的具体内容及实验运行结果，实验结果分析、个人收获和不足，参考资料。
程序清单文件。
二、实验内容本设计实验的主要内容是设计一个稳定的控制系统，其核心是设计控制器，并在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真实验，并在球杆实验平台上实际验证。
算法实现：设计模糊控制器控制球杆系统，达到要求目标。
三、实验原理3.1 球杆系统的特点球杆系统是一个典型的非线性系统，理论上而言，它是一个真正意义上的非线性系统，其执行机构还具有很多非线性特性，包括：死区，直流马达和带轮的传动非线性，位置测量的不连续性，导轨表面不是严格的光滑表面，产生非线性阻力，这些非线性因素对于传统意义上的测量和建模造成很大的影响，并对系统的控制性能造成非常大的影响，怎样去设计一个鲁棒的控制系统，是现代控制理论的一个重要问题。
因为系统机械结构的特点，球杆系统具有一个最重要的特性——不稳定性，对于传统的实验方法，存在一些实验的难处，不稳定的系统容易对实验人员产生危险或是不可预料的伤害，球杆系统相对而言，机械比较简单，结构比较紧凑，安全性也比较高，是一个可以避免这些危险和伤害的实验设备。
3.2 球杆系统的数学模型对小球在导轨上滚动的动态过程的完整描述是非常复杂的，设计者的目的是对于该控制系统给出一个相对简单的模型，如图3.1所示为实验使用球杆系统简化图。
球杆系统
球杆系统IPM MOTION STUDIO 控制实验班级姓名学号一、实验目的1、学习利用实验探索研究控制系统的方法；2、体会控制系统理论分析和实际控制效果之间的差异；3、采用PID算法设计球杆控制系统。
二、实验设备球杆系统三、实验步骤1、安装控制程序2、建立通讯打开计算机电源。
然后打开球杆系统的电源。
从“Start | Programs | IPM Motion Studio | IPM Motion Studio”菜单中运行IPM Motion Studio3、运行控制程序1）打开工程文件点击主窗口中的“Open Project”按钮“Open an Existing Project”窗口将显示“⋯\IPM MotionStudio\Projects” 目录下的IPM Motion Studio 应用程序. 双击“BallBeamProject” 打开控制程序.2）熟悉工程结构在窗口的主菜单中选择“View | Project”，它包含了控制系统的一些基本参数，包括、驱动器以及传感器等，作为一个相对独立的模块，点击其图标可以打开相应的参数设置界面。
如果我们需要建立一个新的工程，则需要根据实际系统的参数，对工程中的参数进行修改。
3）机械部分初始状态转动皮带轮，使得皮带轮的中心和支撑杆的中心线重合，即保持横杆右端处理最低的位置。
4）开始运行程序点击工具条上的“开始运行程序”按钮运行程序。
系统将把小球的位置平衡在目标位置上。
您可以给系统施加一定的干扰，如用手指沿着导杆拨动小球，松开手指后，控制系统将很快的恢复到平衡位置，并将小球稳定在平衡位置。
四、实验总结通过实验了解了球杆系统控制的方法和原理，通过实验了解了控制系统理论分析和实际控制效果之间的差异，也了解了如何采用PID 算法设计球杆控制系统。
球杆系统用户手册和实验指导书 V2.06
下转动，通过控制直流伺服电机的位置，带动皮带轮转动，通过传动机构就可 以控制横杆的倾斜角。
直流伺服电机带有增量式编码器（1000P/R），可以检测电机的实际位置， 在横杆上的凹槽内，有一线性的传感器用于检测小球的实际位置，两个实际位 置的信号都被传送给控制系统，构成一个闭环反馈系统。
3.2 在SIMULINK中建立球杆系统的模型
19
3.3 电气模型
24
3.4 控制结构
26
CHAPTER 4 示例实验
28
4.1 数据采集和处理
28
4.2 球杆系统的开环模型
30
4.3 球杆系统的PID控制
32
4.3.1 P控制
32
4.3.2 PD控制
35
4.3.3 PID控制分析
37
4.4 根轨迹控制
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系统的硬件和软件，对于深入理解球杆系统的操作方法很有帮助。 ♦ Chapter 2 — 开 始 使 用 — 引 导 用 户 按 步 骤 安 装 和 调 节 球 杆 系 统 ， 在
MATLAB Simulink 环境下进行实验，以及接线方法等。 ♦ Chapter 3 —系统建模—介绍了球杆系统的建模方法以及控制系统的结构。 ♦ Chapter 4 —示例实验—提供了球杆系统的几个典型实验。 ♦ Chapter 5 —故障排除—提供了一些常见问题的解决方法。 ♦ 附录 A —介绍了在 IPM Motion Studio 环境下的操作步骤。
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球杆系统GBB1004实验指导书V2..0一、系统建模1.球杆系统的机械模型：球杆系统机械结构原理图如图1-1：图1-1 球杆系统机械结构连线（连杆和同步带轮的连接点与齿轮中心的连线）和水平线的夹角为θ（θ的角度存在一定的限制，在最小和最大的范围之间），它作为连杆的输入，横杆的倾斜角α和θ之间的有如下的数学关系：角度θ和电机轴之间存在一个减速比n=4的同步带，控制器设计的任务是通过调整齿轮的角度θ，使得小球在某一位置平衡。
小球在横杆上滚动的加速度如下式：其中：小球在横杆上的位置r为输出小球的质量m = 0.11公斤;2 2 小球的半径R = 0.015米; 重力加速度g = -9.8米/秒2; 横杆长L = 0.4米; 连杆和齿轮的连接点与齿轮中心的距离为d = 0.04米;小球的转动惯量J = 2*m*R^2/5牛顿.秒2。
我们假设小球在横杆上的运动为滚动，且摩擦力可以忽略不计。
因为我们期望角度α在0附近，因此我们可以在0附近对其进行线性化，得到近 似的线性方程：拉氏变换得： r (s ) = mgd ⋅ 1 = 0.7 θ (s ) L ( J + m ) s s R 21.2 在Simulink 中建立球杆系统的模型 我们将直接建模运动学的非线性方程，系统方程包含r, d/dt(r), alpha, and d/dt(alpha)，我们将使用非线性函数模块来描述这些函数，首先，我们要描述系统 的输出r 。
• 在Simulink 中打开一个新的模型。
• 从线性模块库中插入一个积分模块。
• 在上面的积分模块右边再添加一个积分模块，并把两个模块连接起来。
• 在连接线上加上"d/dt(r)"的注释，在连接线的附近双击就可以添加文字。
• 从第二个积分模块的输出端画一条线，并标识为"r"• 从Connections 模块库中插入一个Out 模块并和"r"信号线连接。
这就是系统的 输出。
• 更改"Out"的标识为"r"。
图1-2 积分模块现在，我们插入一个包含向量 [r d/dt(r) alpha d/dt(alpha)]的函数，输出为d/dt(r)。
• 模块库中插入一个Fcn模块，并把它的输出和第一个积分模块的输入相连。
• 双击Fcn模块，修改函数如下：(-1/ (J/(R^2) +m))*(m*g*sin (u [3])-m*u [1]*(u [4]) ^2) 此函数模块的输入为向量u，每个元素被指定u[1],u[2]等，我们设定，u[1]=r,u[2]=d/d(r), u[3]=alpha, [4]=d/dt(alpha).图1-3 MODEL FUCITION• 关闭对话框，改变Fcn模块的名称为"Ball-Beam Lagrangian Model"。
图1-4 ADD MODEL TO THE SYSTEM 现在，我们将构造函数的输入向量u，它可以通过积分器的输出信号以及使用一个Mux模块实现。
• 模块库中插入一个Mux模块，并把其输出和Ball-Beam的输入相连。
• 双击Mux模块，改变输入的个数为4，这样，Mux模块就有了4个输入。
• 将Mux模块的第二个输入和d/dt(r)信号相连（移动鼠标时按住Ctrl键即可绘制分岔线）。
• 将Mux模块的第一个输入和r信号相连。
3-5 添加乘积模块现在我们通过theta信号构造alpha和d/dt (alpha)信号。
• 在窗口的左边插入一个模块，改变名称为"theta"。
• 插入一个Gain模块并和theta模块相连，改变名称为"d/L"。
• 将Gain模块的输出和Mux模块的第三个输入相连，标注为"alpha".• 从Linear模块库中插入一个Derivative模块，并置于alpha信号线的下面。
• 将Derivative模块的输入和Gain模块的输出相连。
• 将Derivative模块的输出和Mux模块的第四个输入相连。
图1-6 ADD THETA SIGNS TO THE SYSTEM 保存模型为"ball.mdl", 运行开环仿真可以得到系统的开环响应，下一步我们把它封装为一个子模块。
• 创建一个新的模型窗口（从Simulink的File菜单选择New或是按下Ctrl-N）。
• 从”Connections”模块库中插入一个“Subsystem”模块。
• 双击”Subsystem”模块打开，可以看到一个新的模块窗口，标题为”Subsystem”。
• 打开前面的ball.mdl窗口，选择所有的模块和连线。
• 复制所有的模块和连线到粘贴缓冲区中。
• 粘贴到”Subsystem”窗口中。
• 关闭”Subsystem”窗口，可以看到一个没有标题的子模块，该模块有一个标识为“theta”的输入和一个标识为“r”的输出。
• 选择模块并拖动角点，改变模块的大小，使得• 改变“Subsystem”的模块名称为"Ball and Beam Model"。
图1-7 BUILD BALL AND BEAM MODEL• 从“Sources”模块库中插入一个“Step”模块，并将它和“Ball and Beam”模块的输入相连。
• 双击“Step”模块，修改“Step Time”为0，然后关闭。
• 从“Sinks”模块中插入一个“Scope”模块，并将它和“Ball and Beam”模块相连。
图1-8 OPEN-LOOP SYSTEM OF BALL AND BEAM 在得到阶跃信号响应前，需要先设置系统的物理参数，在MATLAB的命令行中输入：m = 0.11;R = 0.015;g = -9.8;L = 0.4;d = 0.04;J = 2*m*R^2/5; 现在可以开始仿真，点击“Simulation”菜单的“Start”开始仿真，运行完成后，双击“Scope”打开运行结果。
图1-9 RESPONSE OF OPEN-LOOP SYSTEM从上图中可以看出，开环系统是一个不稳定的系统，小球将滚动到横杆的一端，这样，需要对小球的位置添加一些控制方法，在本手册中，我们将添加一些控制器。
在MATLAB中，这个模型可以转化为相应的状态空间模型或是传递函数模型。
通过使用“In”和“Out”模块以及MATLAB函数linmod。
为了转化一个模型，需要一个含有“In”和“Out”模块作为输入输出的模型文件，就是前面我们已经完成了的Ball.mdl，在这个模型中，一个输入为theta（齿轮的转角），一个输出为r（小球的位置）。
在MATLAB命令行，键入：[A,B,C,D]=linmod('ball')[num,den]=ss2tf(A,B,C,D)step(num,den);可以得到如下的开环响应：图1-10 系统开环响应1.3 电机模型伺服系统的闭环结构图如下：图1-11 闭环系统结构图设皮带轮的减速比为n，因为La 很小，因此简化可以得到：上式可以简化如下：其中，传递函数包含一个积分项1/s，具有积分的特性，通常R a、J0和T m 都很小，伺服电机可以看作为一个积分器。
♦球杆系统采用电位计检测小球的位置，电位计安装在横杆上，小球位置对应的电压信号输送给IPM100智能驱动的AD转换器。
图1-12 小球的位置信号采集原理1.4 控制结构球杆系统的闭环控制系统结构图如下：图1-13 系统控制结构直流马达通过一个减速皮带轮带动横杆运动，IPM100智能驱动器内部包一个PID控制算法，用于控制电机的位置，PID控制器的参数已经调整，保证电机具有较快的响应并没有超调。
系统通过以下步骤来实现控制：i. 通过RS232下载控制程序到智能伺服驱动器的板载内部寄存器中。
ii. 电机编码器的信号和小球的位置信号每隔一定时间反馈给系统，（伺服时间可设置，默认为5ms）iii. 板载的DSP对下载的程序进行解码，然后计算根据反馈的位置信息和控制算法计算控制量。
iv. 计算得到的控制量被放大并通过IPM的电源驱动模块作用给电机。
v. 这样，通过控制电机的位置，使得小球在设定的位置保持平衡。
控制系统的流程图如图1-14所示：图1-14 控制程序流程图二、实验2.1 数据采集和处理我们将通过IPM Motion Studio和MATLAB采集小球的位置信号，以及对其进行数字滤波器的设计。
小球的位置通过电位计的输出电压来检测，它和IPM100的AD转换通道AD5相连， AD5（16位）的范围为0－65535，对应的电压为0－5V，相应的小球位置为0－400mm。
通过IPM Motion Studio采集数据IPM Motion Studio是一个专业的运动控制开发平台，适合于IPM100运动控制器，IPM Motion Studio的简单使用请参见附录A，更多的详细资料请参考P091.069.UM.1001.PDF.根据附录A的描述，可以得到反馈的电压信号，为了得到小球的实际位置，可以参考以下的步骤：i. 声明一个实型的用户变量例如：UserVarii. 赋值：UserVar(L)=AD5iii. UserVar*400 转化UserVar为小球的实际位置。
运行程序，观察采集得到的数据，更多的滤波器设计请参考“Application DataCollection And Filter Design” 。
图2-1 IPM MOTION STUDIO 界面MATLAB Simuink环境下的数据采集在实验前，请设置MATLAB 路径为球杆系统文件所在的路径，例如：“C:\MATLAB6p5 \toolbox \googoltech\ball&beam”图2-2 MATLAB 路径MATLAB的数据采集和处理工具箱提供了强大的数据采集功能，可以很方便的进行数据采集和处理的工作。
请参考以下步骤：i. 在Simulink中打开”Googol Educational Products”工具箱，打开“Ball&Beam \Control Demo\Ball&Beam Data Collection And Filter Design”演示程序：图2-3 MATLAB 示例图2-3 中各部分的意义如下：“Feedback Voltage”模块用于采集IPM100控制器的AD5通道的数值，“Real Position ”模块用于转化AD5通道的数值为小球的实际位置（0－400mm），“Noise Filter1”为根据需要而设计的滤波器，点击“Scope”可以观测到滤波前后的差异，可以作为一个在MATLAB Simulink环境下的滤波器的设计与实时控制的实验。