DATE\@"dd.MM.yyyy"06.10.2024|NUMPAGES6.Juli2005|2332贝加莱学界联盟B&RScholarUnion贝加莱学界联盟上海市田林路487号宝石园21号楼200233上海。中国www.br-education.com王琳•lin.wang@br-automation.comTel:+86/21/54644800•Fax+86/21/33675666学界联盟竞赛行业媒体··.2010年度“贝加莱学界联盟与世博同行”控制系统建模大赛题目及要求竞赛题目：AirballDemo控制对象建模参赛范围：贝加莱学界联盟各成员院校本科生及以上学生。内容：本次大赛的控制系统为AirballDemo控制系统。系统中，通过控制模型底部的一个直流风扇来吹动Airball在管道中运动并稳定在某一高度。被控对象的输入为风扇的工作电压；输出为Airball的高度。初赛阶段：请以AirballDemo为被控对象建立数学模型。采用的方法不限，希望大胆设想，发散思维。决赛阶段：B&R公司提供以下软硬件：悬浮球硬件模型，控制系统（包括控制器及IO）和PWM程序。过程：本次大赛共分为3个阶段：1.报名阶段：各联盟成员院校的本科生、研究生均可报名。建议2-3人一组，每组至少有一名是本科生。报名请联系各校学界先锋代表，也可直接联系贝加莱。Tel:021-54644800-307E-mail:lin.wang@br-automation.com2.初赛阶段：这一阶段主要是理论分析，参赛者根据提供的被控对象描述（见下“被控对象描述”），分析被控对象的特点，提出一种建模方法。此阶段结束时，每组需提交一篇论文，论文内容应包括对被控对象的分析，所选建模方法的理论依据及最终实现方法。3.决赛阶段：在规定时间内（3天），按初赛提出的建模方法，对实际硬件建立模型，验证结果。评判标准：初赛阶段占40分，按所提交论文评分。决赛阶段占60分，按实际检验结果评分，检验方法：使用统一控制器对实际硬件和数学模型的控制效果进行比较，相似度越高得分越高。被控对象描述：被控对象如图1所示，共可分为底座和管道两部分，如图2所示：图1图21.底座：系统的支撑部分，主要是固定管道部分和乒乓球。此外，还在底部安装了吹动乒乓球的直流风扇，与检测乒乓球高度的红外传感器。图3图4风扇：使用的风扇型号为：Y.S.TECHFD246025EB，额定工作电压电流分别为：24V，0.21A图5传感器：使用红外传感器来测量乒乓球高度。传感器型号为：SHARPGP2D12图6乒乓球：标准乒乓球，直径40mm，重量2.7g2.管道：与底座相连，是乒乓球竖直运行的通道。管道外直径为50mm，壁厚为4mm，可保证乒乓球在管道内自由（无摩擦）运行。管道有效长度：400mm。工作原理：接通风扇电源，风扇转动形成的气流将对乒乓球作用一个向上的力，通过控制风扇的转速，可以调节对乒乓球的作用力，使之在管道内上下运行并稳定在某一设定高度。风扇工作原理：使用的风扇为24V直流风扇，通过调节风扇的工作电压可以调节风扇的转速。但控制系统中采用一个开关量信号来控制风扇，即输出给风扇的电压只能为24V或0。这种情况下，为了能够调节风扇的工作电压，我们对电压输出采用PWM（PulseWidthModulation）技术。PWM：使用PWM的控制方式可以将模拟量信号转化为开关量信号，通过调节占空比调节风扇的速度。原理如下图所示：为了能对风扇输出12V电压，我们可以在一段时间内将风扇开启1/2时间，关闭1/2时间，则对整段时间来说平均电压即为12V。我们将这个“一段时间”设定为一个周期t_period，风扇开启时间为t_on，关闭时间为t_off。上图中的红线则表示在t_period时间内的有效输出。定义占空比为：t_on/t_period;t_period=t_on+t_off;调节占空比则可调节一个周期内的有效输出，即风扇工作电压。PWM实现方式：B&R有标准功能块可实现PWM控制，此段程序将由B&R提供。贝加莱学界联盟介绍：贝加莱工业自动化公司来自欧洲，在工业自动化领域占有技术领导地位。在工业自动化领域30年来一直不断地追求贴近客户需求的技术创新，致力于为全球的行业用户提供完美的自动化解决方案。以可编程计算机控制器为代表的控制系统、以PowerPanel/PanelPC以及APC为代表的人机界面及工业计算机系统、以ACOPOSmulti为代表的多功能驱动和电机系统以及以Automati