使用Simulink-Arduino实现离散PID控制的球和光束系统

知识点概述: 1. Simulink-Arduino集成：Simulink是一款图形化编程环境，它允许用户设计模型、进行仿真和实现嵌入式系统。它与Arduino的集成可以让开发者在不需要深入了解底层编程的情况下，通过直观的方块图来控制Arduino硬件。 2. 离散PID控制器：PID代表比例(P)、积分(I)、微分(D)控制器。离散PID控制器是其数字实现形式，用于在计算机系统或数字控制设备上实现连续PID控制算法。它在需要准确、实时控制的场合下非常有用。 3. 红外距离传感器：这种传感器可以发射红外光，并检测反射回来的光强度变化，从而计算目标物体距离。在本项目中，它用于测量球的位置。 4. S函数模型：S函数（System函数）是Simulink中的一种模块，可以用来表示任何类型的动态系统。使用自定义S函数构建器模块可以创建复杂的动态系统模型。 5. 预定义块模型：Simulink提供了一系列预定义的模块，也称为功能块或库块，用于执行特定功能，如数学运算、信号生成、信号处理等。 6. 3D打印：3D打印是一种快速成型技术，用于制造实体模型。在本项目中，3D打印可能用于创建球和光束系统的机械组件。 7. Arduino编程：Arduino是一种开源的电子原型平台，由简单的硬件和软件组成。Arduino代码可通过Simulink中的自定义S函数构建器模块实现。 教育目的: 该项目被设计为教育工具，目的是让学生通过实际操作来学习和理解控制系统设计、嵌入式系统编程、物理建模和仿真等概念。 系统组件与要求: 1. Arduino开发板：用于控制球和光束系统的硬件平台。 2. MATLAB软件：用于开发、仿真和实现离散PID控制器的软件环境。 3. Arduino工具箱附加组件：MATLAB需要安装这个附加组件，以便能够与Arduino硬件进行通信。 4. 3D打印机：可能用于生产系统所需的定制机械部件。 作者与机构: 项目由Henar Brenlla完成，属于欧洲投资银行（UPV/EHU）的研究成果。 操作流程: 1. 红外距离传感器用于检测球的位置。 2. Simulink模型通过自定义S函数与Arduino通信。 3. 实时数据从传感器传输至Simulink模型。 4. 离散PID控制器根据设定的控制算法调整系统参数。 5. 系统通过调整光束的位置来稳定球。 对于教育工作者和学习者，这个项目提供了完整的闭环控制系统实例，涉及实时数据采集、处理和物理响应。通过修改PID参数、改变模型配置或调整物理系统的设计，用户可以亲身体验控制理论的实践应用和调试过程。