Во многих приложениях одноконтурная система управления не выполнима из-за вашего объекта конструктивные или конструктивные требования. Если у вас есть проект с внутренним и внешним циклом, можно использовать Control System Designer, чтобы разработать компенсаторы для обоих циклов.
Типичный рабочий процесс должен настроить компенсатор для внутреннего цикла сначала путем изоляции внутреннего цикла от остальной части системы управления. Если внутренний цикл удовлетворительно настраивается, настройте внешний цикл, чтобы достигнуть вашего желаемого ответа с обратной связью.
Поскольку этот пример разрабатывает систему управления положения для двигателя постоянного тока. Одноконтурный угловой скоростной контроллер разработан в Проекте диаграммы Боде. Чтобы разработать контроллер углового положения, добавьте внешний цикл, который содержит интегратор.
Задайте модель объекта управления пространства состояний, как описано в Примере SISO: двигатель постоянного тока.
% Define the motor parameters R = 2.0 L = 0.5 Km = .015 Kb = .015 Kf = 0.2 J = 0.02 % Create the state-space model A = [-R/L -Kb/L; Km/J -Kf/J] B = [1/L; 0]; C = [0 1]; D = [0]; sys_dc = ss(A,B,C,D);
Цель проекта состоит в том, чтобы минимизировать время установления переходного процесса с обратной связью при поддержании поля фазы внутреннего цикла по крайней мере 65 градусов с максимальной пропускной способностью:
Минимальное время установления переходного процесса с обратной связью.
Поле фазы внутреннего цикла по крайней мере 65 градусов.
Максимальная пропускная способность внутреннего цикла.
Control System Designer имеет шесть возможных архитектур управления, из которых можно выбрать. Для получения дополнительной информации об этой архитектуре смотрите Архитектуру Управления с обратной связью.
Поскольку этот пример использует Настройку 4, который имеет внутренний и внешний цикл управления.
В настоящее время структура системы управления не совпадает с Настройкой 4. Однако с помощью алгебры блок-схемы, можно изменить системную модель путем добавления:
Интегратор к моторному выводу, чтобы получить угловое смещение.
Дифференциатор к пути к обратной связи внутреннего цикла.
В командной строке MATLAB® добавьте интегратор в моторную модель объекта управления.
plant = sys_dc*tf(1,[1,0]);
Создайте первоначальную модель компенсатора внутреннего цикла, который содержит дифференциатор обратной связи.
Cdiff = tf('s');Открытый Control System Designer.
controlSystemDesigner
В Control System Designer, на вкладке Control System, нажимают Edit Architecture.
В диалоговом окне Edit Architecture, под Select Control Architecture, кликают по четвертой архитектуре.
Импортируйте объект и модели контроллеров от рабочего пространства MATLAB.
Во вкладке Blocks, для:
Контроллер C2, задайте Value Cdiff.
Объект G, задайте Value plant.
Нажмите OK.
Обновления приложения архитектура управления и импорт заданные модели для моторного объекта и контроллера внутреннего цикла.
В Control System Designer, следующие открытые графики:
Bode Editor for LoopTransfer_C1 — Разомкнутый цикл Предвещает Редактор для внешнего цикла
Root Locus Editor for LoopTransfer_C1 — Редактор Корневого годографа разомкнутого цикла для внешнего цикла
Bode Editor for LoopTransfer_C2 — Разомкнутый цикл Предвещает Редактор для внутреннего цикла
Root Locus Editor for LoopTransfer_C2 — Редактор корневого годографа разомкнутого цикла для внутреннего цикла
IOTransfer_r2y: step — Полный переходной процесс с обратной связью от входа r до вывода y
В данном примере закройте графики Root Locus Editor for LoopTransfer_C2 и Bode Editor for LoopTransfer_C1.
Поскольку внутренний цикл настраивается сначала, сконфигурируйте графики просмотреть только внутренний цикл, Предвещают график редактора. На вкладке View нажмите Single и нажмите Bode Editor for LoopTransfer_C2.
Чтобы изолировать внутренний цикл от остальной части архитектуры системы управления, добавьте цикл, открывающийся в ответ разомкнутого цикла внутреннего цикла. В Data Browser щелкните правой кнопкой по LoopTransfer_C2 и выберите Open Selection.
Чтобы добавить цикл, открывающийся при выводе компенсатора внешнего цикла, C1, в диалоговом окне Open-Loop Transfer Function, нажимает
Add loop opening location to list. Затем выберите uC1.
Нажмите OK.
Приложение добавляет цикл, открывающийся в выбранном местоположении. Это открытие удаляет эффект внешнего цикла управления на передаточной функции разомкнутого цикла внутреннего цикла.
Ответ Bode Editor строит обновления, чтобы отразить новую передаточную функцию разомкнутого цикла.
Чтобы увеличить пропускную способность внутреннего цикла, увеличьте усиление компенсатора C2.
В графике Bode Editor перетащите ответ значения вверх, пока поле фазы не будет 65 градусами. Это соответствует усилению компенсатора 107. Увеличение усиления далее сокращает прибыль фазы ниже 65 градусов.
Также можно настроить значение усиления с помощью редактора компенсатора. Для получения дополнительной информации смотрите Динамику Компенсатора Редактирования.
С настроенным внутренним циклом можно теперь настроить внешний цикл, чтобы уменьшать время установления с обратной связью.
В Control System Designer, на вкладке View, выбирают Left/Right. Расположите графики отобразить Root Locus for LoopTransfer_C1 и графики IOTransfer_r2y_step одновременно.
Чтобы просмотреть текущее время установления, щелкните правой кнопкой по переходному процессу и выберите Characteristics> Settling Time.
Текущее время установления с обратной связью больше, чем 500 секунд.
В Root Locus Editor увеличьте усиление компенсатора C1. Когда усиление увеличивается, комплексные перемещения пары полюса к более медленной временной константе и действительные перемещения полюса к более быстрой временной константе. Усиление 600 производит хороший компромисс между временем нарастания и временем установления.
Со временем установления с обратной связью ниже 0,8 секунд и поля фазы внутреннего цикла 65 градусов, проект удовлетворяет конструктивные требования.