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研究生: 范文宣
Fan, Wen-Hsuan
論文名稱: 以xPC Target System為基礎之即時硬體迴路模擬與應用
Simulation and Applications of Real-Time Hardware in the Loop Based on the xPC Target System
指導教授: 何明字
Ho, Ming-Tzu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 190
中文關鍵詞: 即時硬體迴路系統模擬
外文關鍵詞: real-time hardware in the loop, DSP, xPC Target
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  • 本論文旨在建立一即時(Real-Time)硬體迴路(Hardware-in-the-Loop, HIL)平台,此平台以MathWorks公司所開發的xPC Target System為基礎,其架構由兩台電腦所組成,以MATLAB/Simulink為軟體介面,並搭配各式類比(analog)和數位(digital)介面進行訊號格式的轉換與傳輸,實現一個可以快速模擬、測試以及開發控制系統的平台,在此上平台可以快速地建立控制系統的模型,並利用即時電腦的運算能力,進行系統的即時模擬,透過此平台可以快速地進行系統的原型化(prototyping)設計,而且對於某些複雜且龐大的系統,可以節省設計過程中所需的時間、人力與金錢。在本論文中,吾人將對三種不同的系統進行數學模型推導以及控制器之設計,分別是球與輪系統、單輪車系統與火箭系統,最後分別將此三種系統載入即時硬體迴路平台,進行即時控制,以驗證系統響應與即時硬體迴路平台之性能。

    The objective of this thesis is to construct a platform for the purposes of real-time hardware-in-the-loop (HIL). This platform is based on the xPC Target System developed by MathWorks, and uses two computers and the MATLAB/Simulink to serve as the software interface. With two types of analog and digital interfaces for signal conversion and transmission, the platform can realize rapid simulation, testing and developing of control systems. Using this platform, one can quickly build the dynamic models of systems and use the real-time computational ability of Target PC to carry out the real-time simulation. It can carry out prototyping design quickly, and can save time, manpower and money for developing some complex and large systems in the design phase. In this thesis, we derive mathematical models of three different systems, namely the ball and wheel system, unicycle robot system and rocket system. The corresponding controllers are also designed. Finally, these obtained control systems are implemented on the developed real-time HIL platform for real-time control to verify the system responses and test the performance and effectiveness of real-time HIL.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖表目錄 VIII 第一章 緒論 1-1 研究背景 1-1 1-2 研究動機與目的 1-2 1-3 研究步驟 1-3 1-4 相關文獻探討 1-6 1-5 論文結構 1-7 第二章 即時硬體迴路平台 2-1 前言 2-1 2-2 xPC Target System架構 2-2 2-3 軟體介面介紹 2-4 第三章 S-Function介紹 3-1 前言 3-1 3-2 S-Function介紹 3-1 3-2-1 S-Function程式架構 3-2 3-2-2 S-Function方塊圖之建立 3-6 第四章 火箭系統數學模型 4-1 前言 4-1 4-2 向量表示式說明 4-1 4-3 火箭構型 4-1 4-4 大氣模型介紹 4-2 4-4-1 溫度模型 4-2 4-4-2 大氣密度模型 4-3 4-4-3 風模型 4-4 4-5 座標軸定義 4-6 4-5-1 大地座標系 4-6 4-5-2 彈體座標系 4-6 4-5-3 速度座標系 4-9 4-5-4 噴嘴座標系 4-12 4-6 火箭飛行動態數學模型之建立 4-15 4-6-1 火箭質心移動之動態方程式 4-16 4-6-2 火箭繞質心旋轉之動態方程式 4-29 4-6-3 氣動力係數與方程式 4-39 4-6-4 火箭動態數學模型推導流程 4-44 4-7 火箭飛行控制器之設計 4-46 4-7-1 LQR控制器理論探討 4-47 4-7-2 LQR控制器設計 4-48 第五章 球輪與單輪車系統介紹 5-1 前言 5-1 5-2 球輪系統 5-1 5-2-1 球輪系統數學模型之建立 5-1 5-2-2 球輪系統LQR控制器設計 5-6 5-3 單輪車系統 5-10 5-3-1 單輪車系統數學模型之建立 5-10 5-3-2 單輪車系統LQR控制器設計 5-19 5-3-3 全狀態回授線性化控制器之設計 5-22 5-3-4 順滑模態控制器之設計 5-27 第六章 系統硬體架構 6-1 前言 6-1 6-2 類比與數位介面卡介紹 6-1 6-2-1 PCI-6703介面卡 6-1 6-2-2 PCI-6025E介面卡 6-3 6-3 控制系統核心晶片介紹 6-4 6-4 多工A/D電路介紹 6-5 6-5 系統整體硬體架構 6-8 第七章 模擬與實作結果 7-1 前言 7-1 7-2 球輪系統 7-1 7-2-1 球輪系統模擬結果 7-1 7-2-2 球輪系統實作結果 7-4 7-3 單輪車系統 7-8 7-3-1 單輪車系統LQR控制器模擬結果 7-8 7-3-2 單輪車系統順滑模態控制器及全狀態回授線性化控制器模 擬結果 7-12 7-3-3 單輪車系統LQR控制器實作結果 7-16 7-3-4 單輪車系統順滑模態控制器及全狀態回授線性化控制器實 作結果 7-21 7-4 火箭系統 7-24 7-4-1 火箭系統模擬結果 7-24 7-4-2 火箭系統實作結果 7-37 第八章 結論與未來展望 8-1 結論 8-1 8-2 未來展望 8-1 參考文獻 Ref-1

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    下載圖示 校內:2017-07-20公開
    校外:2017-07-20公開
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