考查一个机电系统的转子模型在存在外界干扰的情况下，通过控制系统将转子转速维持在一个稳定的水平。控制系统的框图如图9-21所示。
这个控制系统使用经典的PI控制（Ogata，1995），其控制方程为
图9-21 转子控制系统控制框图
本例将演示如何在MotionView中建立这个单入单出控制系统模型，并在MotionSolve中进行求解。练习开始前，首先将目录chap09下的rotor.mdl文件复制到工作文件夹中。
STEP 01 读取转子模型
（1）启动MotionView。
（2）读取工作目录下的模型rotor.mdl。
（3）模型中包含了名为rotor的几何体，该几何体通过一个转动副与地面连接。转动副的转轴与Z轴平行。为加快系统稳定，在转动副上添加了阻尼。模型中同时包含输出控制请求，用于在后续的求解过程中，输出转子的位移及速度信息。
STEP 02 为参考速度添加求解器参数
（1）在项目浏览树中右击MBD Model，选择Add Control Entity→Solver Variable，或右击Solver Variable按钮
。
（2）在弹出的Add SolverVariable对话框中，将Label改为Reference Speed。
（3）保持其变量名为sv_0。
（4）单击OK按钮。
（5）设定转速为3rad/s，在Type栏中选择Linear，并输入3。
STEP 03 添加一个SISO控制器
本步将在模型中添加一个SISO控制器。该单输入单输出控制器，其输入为转子当前转速与参考速度的差值，输出为控制器根据输入结果，输出给转子的扭矩改变量。该控制方程中的参数Kp=1，K=10，在此处仅为建模方便需要，没有实际的意义。
（1）在项目浏览树中右击MBD Model，选择Add Control Entity→Control SISO，或在工具栏中右击Control SISO按钮
。
（2）在弹出的Add Control对话框中使用默认的标题与变量名。
（3）单击OK按钮。
（4）单击Properties标签。
（5）在Numerators栏中单击Append，定义传递函数分子。
（6）在栏l中输入10，在栏s中输入1。
（7）类似地，在Denominators栏单击Append，定义传递函数分母。
（8）在栏l中输入0，在栏s中输入1。
此时创建的传递函数为
。
（9）激活Input标签，在Type中选择Expression，并输入以下表达式： `-WZ（{b_0.cm.idstring}）+{sv_0.value.lin}`
STEP 04 添加控制扭矩
在这一步中，将向转子添加一个控制扭矩。
（1）在项目浏览树中右击MBD Model，选择Add Force Entity→Force，或右击工具栏中的Force按钮
。
（2）在弹出的Add Force or ForcePair对话框中设定标题为control。
（3）使用默认的变量名，单击OK按钮。
（4）在Connectivity面板中的Force下拉列表中选择Action reaction，在Properties下拉列表中选择Rotational。
（5）在Action force on处，双击Body1按钮，并选择rotor。
（6）在Reaction force on处，双击Body2按钮，并选择Ground Body。
（7）在Apply force at处，双击Point 1按钮，并选择Point 0。
（8）在Local ref.frame处，双击Ref Marker按钮，选择Global Frame，如图9-22所示。
图9-22 Force面板（control）
（9）激活Rot Properties标签，将TX和TY都置为0。
（10）在TZ下拉列表中选择Expression，并输入`{siso_0.OUTPUT}`
STEP 05 定义控制力矩输出请求
（1）在项目浏览树中右击Model，选择Add General MDL Entity→Output命令，或右击Outputs按钮
。
（2）在弹出的Add Output对话框中，设定标题为Control Force。
（3）使用默认的变量名，单击OK按钮。
（4）按图9-23所示的内容，定义输出参数。
图9-23 Output面板（control）
STEP 06 递交求解
（1）在File菜单中选择Save As→Model命令，另存模型为rotor_control.mdl。
（2）在工具栏下单击
按钮，进入Run面板。
（3）在Sim Type下选择Transient，并指定文件名rotor_control.xml。
（4）在Simulation Parameters标签下将End Time设置为25。
（5）回到Main标签，并单击Run按钮。
（6）求解结束后，返回Run面板。(www.daowen.com)
（7）单击Plot，激活窗口2，并进入HyperGraph界面。
（8）根据图9-24绘制转子Z轴角速度曲线。
图9-24 Build Plots面板（Z轴角速度曲线）
（9）将窗口布局设置为
。
（10）激活窗口3，并切换为HyperGraph界面。
（11）根据图9-25绘制控制力矩曲线。
图9-25 Build Plots面板（力矩曲线）
（12）由图9-26可以看出转子在3rad/s的转速下稳定转动。接下来，给转子施加扰动，考察控制系统是否起作用。这里将定义一个脉冲作为扰动。
STEP 07 定义扰动
（1）激活窗口1。
（2）在项目浏览树中右击MBD Model，选择Add Force Entity→Force命令，或右击工具栏中的Force按钮
。
图9-26 转子运动结果
（3）在弹出的Add Force or ForcePair对话框中设定标题为disturbance。
（4）使用默认的变量名，单击OK按钮。
（5）在Connectivity面板中的Force下拉列表中选择Action reaction，在Properties下拉列表中选择Rotational。
（6）在Action force on处，双击Body1按钮，并选择rotor。
（7）在Reaction force on处，双击Body2按钮，并选择Ground Body。
（8）在Apply force at处，双击Point 1按钮，并选择Point 0。
（9）在Local ref.frame处，双击Ref Marker按钮，选择Global Frame，如图9-27所示。
图9-27 Force面板（disturbance）
（10）激活Rot Properties标签，将TX和TY都置为0。
（11）在TZ下，选择Expression，并输入
`3*STEP（time，12，0，12.1，1）*STEP（time，12.2，1，12.3，0）`。
STEP 08 定义扰动输出请求
（1）在项目浏览树中右击MBD Model，选择Add General MDL Entity→Output命令，或右击Outputs按钮
。
（2）在弹出Add Output对话框中，设定标题为disturbance Force。
（3）使用默认的变量名，单击OK按钮。
（4）按图9-28所示的内容，定义输出参数。
图9-28 Output面板（disturbance Force）
STEP 09 递交求解
（1）在File菜单中选择Save As→Model命令，另存模型为rotor_control_disturbance.mdl。
（2）在工具栏下单击
按钮，进入Run面板。
（3）在Sim Type下选择Transient，并指定文件名rotor_control_disturbance.xml。
（4）设置Simulation Parameters标签的End Time为25。
（5）回到Main标签，单击Run按钮，求解模型。
（6）求解结束后，单击窗口2。
（7）根据图9-29绘制受扰动转子Z轴角速度曲线。
图9-29 Build Plots面板（Z轴角速度曲线）
（8）单击窗口3。
（9）根据图9-30绘制受扰动转子控制力矩曲线。
图9-30 Build Plots面板（控制力矩曲线）
（10）根据图9-31绘制扰动力矩曲线。
图9-31 Build Plots面板（扰动力矩曲线）
（11）由图9-32可以看出转子在受到扰动后，在控制器的作用下很快恢复到3rad/s的稳定转动状态。
图9-32 扰动作用下的转子运动结果
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