Контроллер обратной связи состояния

Контроллер дискретного времени обратной связи состояния с интегральным действием

Библиотека:
Simscape / Электрический / Управление / Общее Управление

Описание

Блок State-Feedback Controller реализует контроллер дискретного времени обратной связи состояния с интегральным действием. Используйте этот блок, чтобы управлять линейными системами с синглом или несколькими входными параметрами и один или несколькими выходными параметрами. Интегральное действие служит, чтобы устранить установившуюся ошибку в управляемых выходных параметрах. Можно задать контроллер, использующий предварительно вычисленное оптимальное усиление, или использовать модель в пространстве состояний системы, чтобы сгенерировать это усиление с помощью размещения полюса.

Уравнения

Интеграл ошибки отслеживания, _xi, является дополнительным состоянием, которое гарантирует нулевую установившуюся ошибку для системы с обратной связью. Расширенный вектор состояния

$x_{e} = [\begin{matrix} x \\ x_{i} \end{matrix}],$

Где:

x является вектором состояния.
_xi является интегралом ошибки отслеживания.
_xe является расширенным вектором состояния.

Поэтому действие управления

$u = K x_{e},$

Где:

K является матрицей обратной связи, то есть, размещением полюса.
u является вывод контроллера.

Предположения

Системное измерение состояния и оценка происходят вне контроллера.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`r` Ссылка объекта
скаляр

Системный сигнал ссылки объекта.

Типы данных: single | double

`x` Вектор состояния
вектор

Измеренный или оцененный системный вектор состояния.

Типы данных: single | double

`Сброс` Интегратор сбрасывается
скаляр

Внешний сигнал сброса (возрастающее ребро) для интегратора.

Типы данных: Boolean

`y` — Plant вывод
скаляр

Системный выходной сигнал объекта.

Типы данных: single | double

Вывод

развернуть все

`u` — Controller вывод
скаляр

Выходной сигнал системы управления.

Типы данных: single | double

Параметры

развернуть все

`State-feedback design` — Генерация контроллера
`State-feedback gain` (значение по умолчанию) | `Desired eigenvalues`

Выберите стратегию параметризации усиления контроллера:

State-feedback gain — Задайте усиление контроллера непосредственно
Desired eigenvalues — Задайте модель объекта управления и желаемые собственные значения, от которых можно сгенерировать усиление контроллера

`State-feedback parameterization` — Параметризация обратной связи состояния
`Discrete-time` (значение по умолчанию) | `Continuous-time`

Выберите стратегию параметризации матриц пространства состояний и желаемых полюсов для контроллера. Реализация блока дискретна независимо от этой параметризации.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback design на Desired eigenvalues.

`Controller matrix` — Матрица контроллера
[1 1] (значение по умолчанию) | матрица

Матрица обратной связи контроллера. Чтобы определить матрицу контроллера, если у вас есть лицензия на Control System Toolbox™, используют функция lqi или lqr.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback design на State-feedback gain.

`Discrete-time A matrix` — Матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Матрица состояния модели в пространстве состояний дискретного времени. Матрица должна быть квадратной с количеством строк и столбцов, равных порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Discrete-time.

`Discrete-time B matrix` — B матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Введите матрицу модели в пространстве состояний дискретного времени. Матрица B должна иметь количество строк, равных порядку системы и количеству столбцов, равных количеству системных входных параметров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Discrete-time.

`Discrete-time C matrix` — C матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Выходная матрица модели в пространстве состояний дискретного времени. Матрица C должна иметь количество строк, равных количество выходных параметров системы и количество столбцов, равных порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Discrete-time.

`Discrete-time D matrix` — D матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Проходная матрица модели в пространстве состояний дискретного времени. Матрица D должна иметь количество строк, равных количеству системы выходные параметры и количество столбцов, равных количеству системных входных параметров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Discrete-time.

`Continuous-time A matrix` — Матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Матрица состояния непрерывно-разовой модели в пространстве состояний. Матрица должна быть квадратной с количеством строк и столбцов, равных порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Continuous-time.

`Continuous-time B matrix` — B матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Введите матрицу непрерывно-разовой модели в пространстве состояний. Матрица B должна иметь количество строк, равных порядку системы и количеству столбцов, равных количеству системных входных параметров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Continuous-time.

`Continuous-time C matrix` — C матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Выходная матрица непрерывно-разовой модели в пространстве состояний. Матрица C должна иметь количество строк, равных количество выходных параметров системы и количество столбцов, равных порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Continuous-time.

`Continuous-time D matrix` — D матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Проходная матрица непрерывно-разовой модели в пространстве состояний. Матрица D должна иметь количество строк, равных количеству системы выходные параметры и количество столбцов, равных количеству системных входных параметров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Continuous-time.

`Discretization sample time` — Шаг расчета дискретизации
0.1 (значение по умолчанию) | положительное вещественное число

Значение раньше дискретизировало матрицы пространства состояний и также аппроксимировало собственные значения дискретного времени.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization на Continuous-time и Sample time (-1 for inherited) к -1.

`Desired eigenvalues (discrete)` — Собственные значения наблюдателя
0 (значений по умолчанию) | вектор действительных чисел

Задайте местоположение собственных значений, чтобы лечь в модульном кругу. Усиление контроллера затем вычисляется на основе этих собственных значений. Размер вектора должен быть равен системному порядку плюс количество выходных параметров.

`Control action upper limit` — _umax
`5` (значение по умолчанию) | скаляр, больше, чем значение параметра Control action lower limit

Верхний предел для выходного сигнала управления.

`Control action lower limit` — _umin
`0` (значение по умолчанию) | скаляр

Нижний предел для выходного сигнала управления.

`Sample time (-1 for inherited)` — Интервал выборки
`-1` (значение по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Временной интервал между выборками. Если блок в инициированной подсистеме, наследуйте шаг расчета путем установки этого параметра на -1. Если этот блок находится в модели шага непрерывной переменной, задайте шаг расчета явным образом. Для получения дополнительной информации смотрите то, Что Шаг расчета? (Simulink) и Настройка времени выборки (Simulink).

Образцовые примеры

Синхронное управление пространства состояний машины

Управляйте токами в основанном на синхронной машине (SM) диске тяги с помощью управления пространства состояний. Высоковольтная батарея питает SM через управляемый трехфазный конвертер для обмоток статора и через управляемый 2D квадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный угловой скоростной источник обеспечивает загрузку. SM действует ниже основной скорости. В каждый демонстрационный момент запрос крутящего момента преобразован в соответствующие текущие ссылки с помощью нулевого подхода управления d-оси. Контроллер обратной связи состояния управляет токами в кадре ссылки ротора. Наблюдатель Luenberger получает скоростного зависимого feedforward условия перед управлением. Симуляция использует несколько шагов крутящего момента и в режимах двигателя и в генератора. Планирование задач реализовано как конечный автомат Stateflow®. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Открытая модель

DC Motor Control (State-Feedback and Observer)

Управление двигателем постоянного тока (Обратная связь состояния и наблюдатель)

Структура регулировки скорости обратной связи состояния для двигателя постоянного тока. Управляемый Прерыватель PWM с четырьмя квадрантами используется, чтобы питать двигатель постоянного тока. Подсистема Управления включает цикл управления с обратной связью состояния и генерацию PWM. Вектор состояния включает скорость ротора, которая измеряется, и текущий двигатель постоянного тока, который оценивается с помощью наблюдателя. И наблюдатель и диспетчер обратной связи состояния синтезируются размещением полюса с помощью модели в пространстве состояний системы. Общее время симуляции (t) составляет 4 секунды. В t = 1,5 секунды, увеличения крутящего момента загрузки. В t = 2,5 секунды, ссылочная скорость изменяется с 1 000 об/мин до 2 000 об/мин.

Открытая модель

Документация

Контроллер обратной связи состояния

Описание

Уравнения

Предположения

Порты

Входной параметр

r Ссылка объекта скаляр

x Вектор состояния вектор

Сброс Интегратор сбрасывается скаляр

y — Plant вывод скаляр

Вывод

u — Controller вывод скаляр

Параметры

State-feedback design — Генерация контроллера State-feedback gain (значение по умолчанию) | Desired eigenvalues

State-feedback parameterization — Параметризация обратной связи состояния Discrete-time (значение по умолчанию) | Continuous-time

Зависимости

Controller matrix — Матрица контроллера [1 1] (значение по умолчанию) | матрица

Зависимости

Discrete-time A matrix — Матрица в дискретное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time B matrix — B матрица в дискретное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time C matrix — C матрица в дискретное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time D matrix — D матрица в дискретное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time A matrix — Матрица в непрерывное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time B matrix — B матрица в непрерывное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time C matrix — C матрица в непрерывное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time D matrix — D матрица в непрерывное время 1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discretization sample time — Шаг расчета дискретизации 0.1 (значение по умолчанию) | положительное вещественное число

Зависимости

Desired eigenvalues (discrete) — Собственные значения наблюдателя 0 (значений по умолчанию) | вектор действительных чисел

Control action upper limit — umax 5 (значение по умолчанию) | скаляр, больше, чем значение параметра Control action lower limit

Control action lower limit — umin 0 (значение по умолчанию) | скаляр

Sample time (-1 for inherited) — Интервал выборки -1 (значение по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Образцовые примеры

Синхронное управление пространства состояний машины

Управление двигателем постоянного тока (Обратная связь состояния и наблюдатель)

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Блоки

Введенный в R2017b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`r` Ссылка объекта
скаляр

`x` Вектор состояния
вектор

`Сброс` Интегратор сбрасывается
скаляр

`y` — Plant вывод
скаляр

`u` — Controller вывод
скаляр

`State-feedback design` — Генерация контроллера
`State-feedback gain` (значение по умолчанию) | `Desired eigenvalues`

`State-feedback parameterization` — Параметризация обратной связи состояния
`Discrete-time` (значение по умолчанию) | `Continuous-time`

`Controller matrix` — Матрица контроллера
[1 1] (значение по умолчанию) | матрица

`Discrete-time A matrix` — Матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time B matrix` — B матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time C matrix` — C матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time D matrix` — D матрица в дискретное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time A matrix` — Матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time B matrix` — B матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time C matrix` — C матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time D matrix` — D матрица в непрерывное время
1 (значение по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discretization sample time` — Шаг расчета дискретизации
0.1 (значение по умолчанию) | положительное вещественное число

`Desired eigenvalues (discrete)` — Собственные значения наблюдателя
0 (значений по умолчанию) | вектор действительных чисел

`Control action upper limit` — _umax
`5` (значение по умолчанию) | скаляр, больше, чем значение параметра Control action lower limit

`Control action lower limit` — _umin
`0` (значение по умолчанию) | скаляр

`Sample time (-1 for inherited)` — Интервал выборки
`-1` (значение по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.