基于Arduino的PID控制与MATLAB仿真的电机控制系统实验

本次实验是浙江理工大学机械与自动控制学院18级机械工程（1）班学生李召兵的课程报告，主题涉及计算机控制及接口技术中的硬件平台和控制策略。实验主要围绕Arduino UNO开发板作为核心硬件，配合MATLAB Simulink软件构建一个串口通讯的电机控制系统。 实验的核心内容分为三部分： 1. 功能实现： - 在PC端编写MATLAB Simulink软件，建立一个仿真程序，模拟温度或电机控制系统，设计一个能接收串口指令的控制接口，使得Arduino可以发送控制指令。 - Arduino UNO开发板负责离散PID控制，实现PID算法和控制接口，接收PC的指令，并调整电机系统的行为。 - 实时运行实验，记录并分析PC上的控制系统状态曲线，展示PID控制的效果。 2. 硬件环境和实验仪器： - 使用的主要设备包括Arduino UNO开发板，配备USB数据线连接笔记本电脑，用于串口通讯。 - MATLAB Simulink软件作为仿真工具，用于构建电机控制系统模型和串口通信配置。 3. 实验原理： - PID控制原理被应用于Arduino，它接收PC端的数据，执行PID算法后，通过串口将调整后的信号发送回PC，实现闭环控制。 - 仿真模型基于直流电机控制系统，利用MATLAB Simulink构建，确保与Arduino的串口兼容，通过串口模块实现数据交互。 - PWM占空比转换模型简化了数据传输，Arduino通过串口发送PWM的占空比，Simulink将其转换为电机所需的电压值，同时管理PWM频率。 - 直流电机控制模型基于H桥，通过模拟的电压值控制电机的速度和方向。 整个实验不仅锻炼了学生对硬件平台如Arduino的编程能力，也深入理解了PID控制理论及其在实际应用中的调试与优化，以及如何通过串口通信进行远程控制。此外，使用MATLAB Simulink进行仿真模型设计，提升了学生的系统建模和仿真分析技能。