文章目錄

• 一. 給關節施加力和建立傳感器
• 二. 加入PID控制器
• 三.觀察運行結果
• 四. 給零件施加外部力

一. 給關節施加力和建立傳感器

建立完模型之后，我們最想要做的就是模擬系統在受力情況下是怎么運動的，這就是動力學仿真的真諦。上一節我們其實已經觀察了自由單擺在只受重力作用下的運動，其實就是一個正弦變動，由于沒有摩擦力，所以他會一直等幅振蕩。

接著上一節的內容，本次我們的目標是給單擺施加驅動力矩，同時記錄單擺的擺動位置和速度。在Multibody里面施加力和增加傳感器都是在關節當中進行的。

打開我們上一節的模型，雙擊打開Revolute Joint，像下面這樣設置

Internal Mechanics是施加彈性力（Spring Stiffness）與阻尼（Damping Coefficient），以前都學過的，彈性力與位移成正比，阻尼力與速度成正比（力是廣義力，包含力矩）這樣設置完之后其實就是一個標準的質量—彈簧—阻尼系統了，一個二階系統。

Actuation是驅動力，在Torque里面選擇Provided by Input，就是通過輸入力驅動，當然可以選擇直接給一個值的。

Sensing就是傳感器，這里勾選Position和velocity，位置和速度。

完事之后Revolute Joint就多出了幾個接口，分別是輸入力與輸出位置、速度。

加進去一個正弦信號，一個Simulink-PS Converter，一個PS-Simulink Converter，一個Scope，一個to workspace塊，連接起來。最后像下面這樣。

說明一下，所有的部件都可以在Simulink library里面找到，找不到就搜索，最快的是直接在模型里面打字，它會自己出來的，比如搜索To Worksapce模塊

這樣就加入了力和傳感器，Simulink-PS Converter和PS-Simulink Converter的作用已經說過了，是實現Simulink信號與Multibody信號的轉換，沒有這個東西它是不讓你連接的。

點擊運行，觀察三維視圖里面的真實運動，打開Scope觀察位移和速度的曲線，然后在Matlab Workspce里面可以使用導出的數據繪圖。這里我就不截圖了，很簡單。

二. 加入PID控制器

接下來是重頭戲，我們看如何加入PID控制器，控制輸入力矩，實現單擺的角度控制。

有了上面的基礎其實答案已經呼之欲出了，我們只需要像在simulink里面仿真一樣加入PID控制器、比較器就行了。只不過Simulink里面的Plant是建立的數學模型（傳遞函數或狀態空間或S-function別的什么東東），而Multibody里面是虛擬樣機。

直接給出連接關系，如下：

這里面PID控制器的參數調整采用里面提供的PID整定器，雙擊打開PID控制器，點擊Tune，打開PID Turner

PID Turner的頁面如下，TURNING TOOLS里面拖動兩個按鈕就可以調整輸出曲線。

調完之后點擊RESULT，點擊UPDATE Block，將參數更新到PID控制器。

三.觀察運行結果

點擊運行，看看效果。很快就調整到倒立位置了，也就是設立的參考輸入180度。

可以加一個示波器看看角度曲線。可以看到跟PID整定的曲線是一樣的，大家可以調整一下PID，看看變化。

四. 給零件施加外部力

上面我們是通過關節的設置，來實現給關節施加力的，那么能不能直接給零件施加力呢，答案是肯定的，這個時候需要用到External Force And Torque模塊。下面我們看看它的用法

拖進來一個External Force And Torque模塊，位置在這里

拖進來之后雙擊打開，如下設置，增加一個沿著x軸的力（復選框打鉤）。這里解釋一下，關于力的施加位置和方向，External Force And Torque模塊有一個輸出端口F（follower），連接到下一個坐標系。力的作用點就是下一個連上來的坐標系的原點，力方向就是沿著下一個練上來的坐標系的軸。

然后連接，把External Force And Torque的F連到pendulum的尾巴上去。也就是說給單擺的末端施加了一個始終垂直于單擺的力。在這個力的作用下就會形成繞轉軸的力矩，單擺就會擺起來。

運行之后看一下。

圖里面這個坐標系就是pendulum的尾巴坐標系，力的施加方向就是沿著這個坐標系的x軸的。
那么怎么施加力和力矩到任意一點呢？就很簡單了，首先需要在你想要施加力的位置建立一個坐標系，然后把External Force And Torque的F連到這個坐標系就行了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Simscape Multiby学习笔记5——在Multibody中建立控制器-驱动力-传感器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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