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Airball Demo建模——机理建模法 学 校： 东华大学 指导教师： 石红瑞 参赛学生：王强、李江春、温馨 摘要：空气球运动系统是一个很典型的运动学模型，它符合牛顿力学原理，因此 我们可以采用机理建模法对该系统建模。通过深入分析 BR 公司提供的模型对 象，我们合理简化了模型，然后在该模型的基础上，采用了常规 PID 控制器对 空气球进行控制，并使用 MATLAB 中的 SIMULINK 对该控制系统进行仿真。 仿真结果表明，该控制方案实现简单，可以方便地实现 PID 控制器对空气球运 动系统的控制。 关键词：空气球运动系统；PID 控制；SIMULINK Abstract: Air ball movement system is a typical kinematics system, which is comply with the principle of Newtonian mechanics, so we built an air ball movement model applying the mechanism modeling method. And after the deep analysis of the object of BR company, we simplified the model, and at the base of which, built a control system to control the air ball using the conventional PID controller, and simulated the system by MATLAB . The results of the simulation show that this control scheme works out easily and can control the air ball in the system by PID controller conveniently. Keyword ：Air ball movement system,PID controlling; SIMULINK 0 引言 一般来说，建立过程控制的数学模型有两种基本方法:机理分析法和实验测 试法。实验测试法即系统辨识.就是通过测取研究对象在人为输入作用下的输出 响应，或正常运行时的输入输出数据记录，加以必要的数据处理和数学计算，估 计出对象的数学模型。由于对象的动态特性被认为必然表现在它的变化者的输入 输出数据之中，辨识只不过是利用数学的方法从数据序列中提炼出对象的数学模 型而已，因此又把辨识建模问题称作“黑箱”问题。所以，最合理的方法是在进 行建模之前，认真分析过程的机理，确定它们服从的运动规律，进而确定出它们 的输入量和输出量及其对应关系，然后用系统辨识的方法估计出模型的参数，即 Astrom 提出的一种“灰箱”理论。因此本文采用机理建模方法，建立空气球运 [1] 动系统 。 1 机理建模 机理建模是按照系统运动的机理和规律建立数学模型，其结果不但给出系统 输人输出变量间的关系，也给出系统状态和输人输出的关系。用机理建模方法， 虽然必须对系统作深人的分析研究，尤其对于比较复杂的系统，要得到一个满意 的结果往往比较困难，但是可得到有关系统的详细描述，模型的物理意义明了、 准确度高、适应性强。 2 空气球运动系统构成 本文采用的空气球运动系统装置由贝加莱公司提供，该设备由风扇、传感器、 玻璃管、乒乓球、管道组成，具体构成如下： 1 ） 底座：系统的支撑部分，主要是固定管道部分和乒乓球。此外，还在 底部安装了吹动乒乓球的直流风扇，与检测乒乓球高度的红外传感器。 风扇：使用的风扇型