文章目录

• 一. 给关节施加力和建立传感器
• 二. 加入PID控制器
• 三.观察运行结果

一. 给关节施加力和建立传感器

建立完模型之后，我们最想要做的就是模拟系统在受力情况下是怎么运动的，这就是动力学仿真的真谛。上一节我们其实已经观察了自由单摆在只受重力作用下的运动，其实就是一个正弦变动，由于没有摩擦力，所以他会一直等幅振荡。

接着上一节的内容，本次我们的目标是给单摆施加驱动力矩，同时记录单摆的摆动位置和速度。在Multibody里面施加力和增加传感器都是在关节当中进行的。

打开我们上一节的模型，双击打开Revolute Joint，像下面这样设置

Internal Mechanics是施加弹性力（Spring Stiffness）与阻尼（Damping Coefficient），以前都学过的，弹性力与位移成正比，阻尼力与速度成正比（力是广义力，包含力矩）这样设置完之后其实就是一个标准的质量—弹簧—阻尼系统了，一个二阶系统。

Actuation是驱动力，在Torque里面选择Provided by Input，就是通过输入力驱动，当然可以选择直接给一个值的。

Sensing就是传感器，这里勾选Position和velocity，位置和速度。

完事之后Revolute Joint就多出了几个接口，分别是输入力与输出位置、速度。

加进去一个正弦信号，一个Simulink-PS Converter，一个PS-Simulink Converter，一个Scope，一个to workspace块，连接起来。最后像下面这样。

说明一下，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，它会自己出来的，比如搜索To Worksapce模块

这样就加入了力和传感器，Simulink-PS Converter和PS-Simulink Converter的作用已经说过了，是实现Simulink信号与Multibody信号的转换，没有这个东西它是不让你连接的。

点击运行，观察三维视图里面的真实运动，打开Scope观察位移和速度的曲线，然后在Matlab Workspce里面可以使用导出的数据绘图。这里我就不截图了，很简单。

二. 加入PID控制器

接下来是重头戏，我们看如何加入PID控制器，控制输入力矩，实现单摆的角度控制。

有了上面的基础其实答案已经呼之欲出了，我们只需要像在simulink里面仿真一样加入PID控制器、比较器就行了。只不过Simulink里面的Plant是建立的数学模型（传递函数或状态空间或S-function别的什么东东），而Multibody里面是虚拟样机。

直接给出连接关系，如下：

这里面PID控制器的参数调整采用里面提供的PID整定器，双击打开PID控制器，点击Tune，打开PID Turner

PID Turner的页面如下，TURNING TOOLS里面拖动两个按钮就可以调整输出曲线。

调完之后点击RESULT，点击UPDATE Block，将参数更新到PID控制器。

三.观察运行结果

点击运行，看看效果。很快就调整到倒立位置了，也就是设立的参考输入180度。

可以加一个示波器看看角度曲线。可以看到跟PID整定的曲线是一样的，大家可以调整一下PID，看看变化。