Документация

Модель блока управления приводом

Модель показывает управление углового положения для двух двигателей. Откройте Модель Simulink.

open_system('sdoMultipleMotors')

Управляют двумя двигателями. Модели - ссылки используются для контроллеров, которые являются экземплярами той же модели. Откройте контроллер.

open_system('sdoRateLimitedController')

Проблема проектирования

Эти два двигателя в основной модели имеют различные характеристики, таким образом, каждый контроллер должен быть адаптирован в соответствии с ее двигателем. У каждого контроллера есть коэффициенты ПИД Kp, Ki, и Kd, и скорость просмотра, Slew. Значение Slew ограничивает уровень, на котором изменяется управляющий сигнал. Значение Slew характерно для обоих экземпляров контроллера. Напротив, коэффициенты ПИД должны отличаться для каждого экземпляра контроллера, поскольку двигатели, которыми управляют, имеют различные характеристики. Поэтому коэффициенты ПИД заданы в качестве образцовых аргументов в рабочем пространстве модели диспетчера. Значения коэффициента ПИД установлены на уровне модели sdoMultipleMotors.

Сигнал ссылки управления является ступенчатым изменением в положении, которое происходит в 1 секунду. Угловое положение каждого двигателя должно следовать за ссылочным сигналом, но первый двигатель имеет меньший момент инерции и может более быстро ответить на изменения в ссылочном сигнале. Кроме того, производная каждого сигнала контроллера должна быть ограничена, так, чтобы токи, чертившие от источника питания, остались в пределах источника питания.

Задайте переменные проекта

Задайте переменные проекта, которые будут настроены стандартной программой оптимизации в порядке удовлетворить требования. Переменная Slew задана как sdoRateLimitedController:Slew, указав, что переменная установлена на уровне модели sdoRateLimitedController. Двоеточие является разделителем между моделью и переменной. Переменная Slew имеет то же значение для всех экземпляров моделей контроллеров. Напротив, пропорциональное усиление для первого контроллера задано как sdoMultipleMotors/Control_1:Kp, указав, что переменная установлена на уровне модели sdoMultipleMotors, где это появляется в блоке Control_1. Наклонная черта вправо является разделителем для Simulink blockpaths.

Укажите, что переменные проекта включают усиления Kp, Ki и Kd, для обоих ПИД-регуляторов. Также включайте скорость просмотра, Slew, который характерен для обоих контроллеров. Наконец, укажите, что скорость просмотра не может быть отрицательной.

DesignVars = sdo.getParameterFromModel('sdoMultipleMotors', ...
    {'sdoRateLimitedController:Slew', ...
    ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Kp', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Ki', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Kd', ...
    ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Kp', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Ki', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Kd' });
DesignVars(1).Minimum = 0;

Задайте конструктивные требования

Угол углового положения каждого двигателя должен следовать за ссылочным сигналом, но первый двигатель имеет меньший момент инерции и может более быстро ответить на изменения в ссылочном сигнале. Мы хотим, чтобы угловое положение первого двигателя удовлетворило следующие требования:

Это требование задано в блоке проверки переходного процесса в модели Simulink. Мы можем обратиться к блоку и включать требование в переменную, чтобы быть переданными целевой функции оптимизации.

Requirements = struct;
bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/Motor1_Step_Response');
Requirements.Motor1_StepResponse = bnds{1};

Второй двигатель имеет больший момент инерции, таким образом, это не может ответить как быстро. Мы хотим, чтобы угловое положение второго двигателя удовлетворило следующие требования:

Это требование также задано в блоке проверки переходного процесса в модели Simulink, и мы обращаемся к блоку, чтобы включать требование в переменную, быть переданными целевой функции оптимизации.

bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/Motor2_Step_Response');
Requirements.Motor2_StepResponse = bnds{1};

Кроме того, производная каждого сигнала контроллера требуется, чтобы быть в диапазоне от-5 до 5, так, чтобы токи, чертившие от источника питания, остались в пределах источника питания. Эти требования заданы в блоках проверки принадлежности к диапазону в модели Simulink, и эти требования должны также быть собраны среди требований, которые будут переданы целевой функции оптимизации.

bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller1');
Requirements.Controller1_DerivBound1 = bnds{1};
Requirements.Controller1_DerivBound2 = bnds{2};
bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller2');
Requirements.Controller2_DerivBound1 = bnds{1};
Requirements.Controller2_DerivBound2 = bnds{2};

Предотвратите утверждения блока проверки во время оптимизации.

CheckBlockStatus = sdo.setCheckBlockEnabled('sdoMultipleMotors','off');

Определение симуляции

Функция стоимости требует, чтобы сценарий симуляции запустил модель. Создайте сценарий симуляции и добавьте образцовые сигналы регистрировать, таким образом, их значения доступны функции стоимости.

Simulator = sdo.SimulationTest('sdoMultipleMotors');

Моторные угловые положения должны регистрироваться во время оптимизации, чтобы оценить требования к их переходным процессам.

Motor1_Position = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Motor1_Position.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/Motor1_Step_Response/u';
Motor1_Position.LoggingInfo.LoggingName = 'Motor1_Position';
Motor1_Position.LoggingInfo.NameMode = 1;

Motor2_Position = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Motor2_Position.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/Motor2_Step_Response/u';
Motor2_Position.LoggingInfo.LoggingName = 'Motor2_Position';
Motor2_Position.LoggingInfo.NameMode = 1;

Производные сигнала контроллера также должны регистрироваться, чтобы оценить связанные требования к ним.

Controller1_Derivative = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Controller1_Derivative.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller1/u';
Controller1_Derivative.LoggingInfo.LoggingName = 'Controller1_Derivative';
Controller1_Derivative.LoggingInfo.NameMode = 1;

Controller2_Derivative = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Controller2_Derivative.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller2/u';
Controller2_Derivative.LoggingInfo.LoggingName = 'Controller2_Derivative';
Controller2_Derivative.LoggingInfo.NameMode = 1;

Чтобы регистрировать эти сигналы во время оптимизации, соберите их в сценарий симуляции, Simulator.

Simulator.LoggingInfo.Signals = [...
    Motor1_Position ; ...
    Motor2_Position ; ...
    Controller1_Derivative ; ...
    Controller2_Derivative ];

Создайте целевую функцию оптимизации

Создайте целевую функцию, которая будет вызвана в каждой итерации оптимизации, чтобы оценить конструктивные требования, когда переменные проекта настраиваются. Эта функция стоимости имеет входные параметры для переменных проекта, сценария симуляции и конструктивных требований.

type sdoMultipleMotors_Design

function Vals = sdoMultipleMotors_Design(P,Simulator,Requirements)
%SDOMULTIPLEMOTORS_DESIGN Objective function for multiple motors
%
% Function called at each iteration of the optimization problem.
%
% The function is called with the model named mdl, a set of parameter
% values, P, a Simulator, and the design Requirements to evaluate.  It
% returns the objective value and constraint violations, Vals, to the
% optimization solver.
%
% See the sdoExampleCostFunction function and sdo.optimize for a more
% detailed description of the function signature.
%
% See also sdoMultipleMotors_cmddemo

% Copyright 2018 The MathWorks, Inc.

%% Model Evaluation

% Simulate the model.
Simulator.Parameters = P;
Simulator = sim(Simulator);

% Retrieve logged signal data.
SimLog = find(Simulator.LoggedData, get_param('sdoMultipleMotors','SignalLoggingName'));
Motor1_Position = find(SimLog,'Motor1_Position');
Motor2_Position = find(SimLog,'Motor2_Position');
Controller1_Derivative = find(SimLog,'Controller1_Derivative');
Controller2_Derivative = find(SimLog,'Controller2_Derivative');

% Evaluate the design requirements.
Cleq_Motor1_StepResponse     = evalRequirement(Requirements.Motor1_StepResponse,     Motor1_Position.Values);
Cleq_Motor2_StepResponse     = evalRequirement(Requirements.Motor2_StepResponse,     Motor2_Position.Values);
Cleq_Controller1_DerivBound1 = evalRequirement(Requirements.Controller1_DerivBound1, Controller1_Derivative.Values);
Cleq_Controller1_DerivBound2 = evalRequirement(Requirements.Controller1_DerivBound2, Controller1_Derivative.Values);
Cleq_Controller2_DerivBound1 = evalRequirement(Requirements.Controller2_DerivBound1, Controller2_Derivative.Values);
Cleq_Controller2_DerivBound2 = evalRequirement(Requirements.Controller2_DerivBound2, Controller2_Derivative.Values);

%% Return Values.
%
% Collect the evaluated design requirement values in a structure to
% return to the optimization solver.
Vals.Cleq = [...
    Cleq_Motor1_StepResponse(:); ...
    Cleq_Motor2_StepResponse(:); ...
    Cleq_Controller1_DerivBound1(:); ...
    Cleq_Controller1_DerivBound2(:); ...
    Cleq_Controller2_DerivBound1(:); ...
    Cleq_Controller2_DerivBound2(:)];

end

Чтобы оптимизировать, задайте указатель на функцию стоимости, которая использует Simulator и Requirements, заданный выше. Используйте анонимную функцию, которая берет один аргумент (переменные проекта) и вызывает целевую функцию. Наконец, вызовите sdo.optimize, чтобы оптимизировать переменные проекта, чтобы попытаться удовлетворить требования.

optimfcn = @(P) sdoMultipleMotors_Design(P, Simulator, Requirements);
[Optimized_DesignVars, Info] = sdo.optimize(optimfcn, DesignVars);

 Optimization started 11-Jan-2019 03:37:30

                               max                     First-order 
 Iter F-count        f(x)   constraint    Step-size    optimality
    0     15            0        211.8
    1     30            0        8.464         2.92         26.5
    2     50            0        6.531        0.396         15.1
    3     70            0        1.931        0.675         15.7
    4     85            0       0.2419         1.67         41.2
    5    100            0      0.04524        0.271     1.02e+03
    6    110            0      0.04524      0.00399            0
Local minimum found that satisfies the constraints.

Optimization completed because the objective function is non-decreasing in 
feasible directions, to within the value of the optimality tolerance,
and constraints are satisfied to within the value of the constraint tolerance.

Восстановите утверждения блока проверки.

sdo.setCheckBlockEnabled('sdoMultipleMotors', CheckBlockStatus);

Модель обновления

Обновите модель с оптимизированными значениями параметров.

sdo.setValueInModel('sdoMultipleMotors',Optimized_DesignVars);

Закройте модели.

bdclose('sdoMultipleMotors')
bdclose('sdoRateLimitedController')