Линейная модель электропривода

Откройте модель Simulink линейного электропривода:

open_system('rct_linact')

Электрические и механические компоненты моделируются с помощью Simscape Electrical и Simscape Multibody. Система управления состоит из двух каскадной обратной связи, контролирующей ведущую текущую и угловую скорость двигателя постоянного тока.

Рисунок 1: текущий и контроллеры скорости.

Обратите внимание на то, что (текущий) контроллер внутреннего цикла является пропорциональным усилением, в то время как внешний цикл (скорость) контроллер имеет пропорциональные и интегральные действия. Выход обоих контроллеров ограничивается плюс/минус 5.

Спроектируйте технические требования

Мы должны настроить пропорциональные и интегральные усиления, чтобы ответить на спрос на скорость на 2 000 об/мин приблизительно через 0,1 секунды с минимальным перерегулированием. Начальные настройки усиления в модели являются P=50 и PI =0.2+0.1/s, и соответствующий ответ показывают в рисунке 2. Этот ответ является слишком медленным и слишком чувствительным, чтобы загрузить воздействия.

Рисунок 2: ненастроенный ответ.

Настройка системы управления

Можно использовать Control System Tuner, чтобы совместно настроить обе обратной связи. Во-первых, откройте Control System Tuner от вкладки Apps.

Рисунок 3: вводный Control System Tuner.

Это открывает Control System Tuner.

Рисунок 4: Control System Tuner.

Вы линеаризуете модель в t=0.5, чтобы избежать разрывов в некоторых производных в t=0. Можно установить рабочую точку в Linearize At....

Рисунок 5: установка рабочей точки для линеаризации.

Установите время снимка состояния линеаризации в t=0.5.

Рисунок 6: установка времени снимка состояния линеаризации.

Для того, чтобы установить настроенные блоки системы управления, откройте Select Blocks от Tuning вкладка.

Рисунок 7: настройка вкладки Control System Tuner.

Это показывает редактор для настроенных блоков, где вы можете Add Blocks.

Рисунок 8: редактор для настроенных блоков.

Установите настроенные блоки Current PID и Speed PID путем навигации через дерево слева.

Рисунок 9: выбор настроенного блока Current PID.

Рисунок 10: выбор настроенного блока Speed PID.

Выбранные настроенные блоки Current PID и Speed PID покажите в редакторе для настроенных блоков.

Рисунок 11: редактор, обновленный с выбранными настроенными блоками.

Они также появляются в Tuned Blocks раздел Браузера Данных на левой стороне Control System Tuner.

Рисунок 12: обновленные настроенные блоки в Control System Tuner.

Затем задайте цель отслеживания, что двигатель постоянного тока должен следовать за спросом на скорость на 2 000 об/мин через 0,1 секунды. Смотрите различные типы целей под New Goal и выберите Reference Tracking.

Рисунок 13: доступные цели по выбору в Control System Tuner.

Назовите цель отслеживания как TR, задайте цель отслеживания от ссылочного входа rct_linact/Speed Demand(rpm)/1 к отслеживанию уставки выход rct_linact/Hall Effect Sensor/1[rpm] со временем отклика 0,1 секунды.

Рисунок 14: диалоговое окно отслеживания уставки в Control System Tuner.

График для заданной цели отслеживания появляется в Control System Tuner и Tuning Goals раздел Браузера Данных на левой стороне обновляется.

Рисунок 15: отслеживание настраивающейся цели в Control System Tuner.

Можно теперь настроить пропорциональные и интегральные усиления с Control System Tuner от нажатия Tune кнопка. График для отслеживания цели обновляется

Рисунок 16: обновленный график цели отслеживания с настроенными блоками в Control System Tuner.

Настроенные блоки обновляются с настроенными значениями усиления. Чтобы подтвердить этот проект, постройте ответ с обратной связью от скорости, требуют ускоряться от New Plot из Control System Вкладка.

Рисунок 17: новый график в Control System Tuner.

Укажите, что ответ с обратной связью от скорости требует ускоряться диалоговым окном графика шага.

Рисунок 18: диалоговое окно графика шага в Control System Tuner.

Вы видите график шага ответа в Control System Tuner.

Рисунок 19: график шага в Control System Tuner.

Ответ выглядит хорошим в линейной области поэтому первое хранилище текущий проект путем нажатия на Store и продвиньте настроенные значения усиления к Simulink путем нажатия на Update Blocks и далее подтвердите проект в нелинейной модели.

Рисунок 20: сохраненные значения настроенных блоков в Control System Tuner.

Нелинейные результаты симуляции появляются в рисунке 21. Нелинейное поведение намного хуже, чем линейная аппроксимация, несоответствие, которое может быть прослежено до насыщения во внутреннем цикле (см. рисунок 22).

Рисунок 21: нелинейная симуляция настроенного контроллера.

Рисунок 22: Текущий Контроллер Выход (ограниченный плюс/минус 5).

Предотвращение насыщения

До сих пор мы только задали желаемое время отклика для внешнего (скорость) цикл. Это оставляет systune свободный выделить усилие по управлению между внутренними и внешними циклами. Насыщение во внутреннем цикле предполагает, что пропорциональное усиление слишком высоко и что некоторое изменение баланса необходимо. Одно возможное средство должно явным образом ограничить усиление от команды скорости до выходных параметров P и ПИ-контроллеров. Для ссылки скорости 2 000 об/мин и пределов насыщения плюс/минус 5, среднее усиление не должно превышать 5/2000 = 0.0025. Чтобы быть консервативными, мы можем попытаться помешать усилению ссылка скорости на контроллер выходные параметры ниже 0.001. Для этого добавьте два требования усиления и повторно настройте усиления контроллера со всеми тремя требованиями на месте.

Ограничьте усиление от скорости, требуют на управляющие сигналы избежать насыщения путем определения двух новых голов от вкладки Tuning. Необходимо выбрать управляющие сигналы из модели Simulink, поскольку они не заданы ранее.

Рисунок 23: получите целевое диалоговое окно от спроса на скорость до управляющего сигнала ПИДа скорости.

Рисунок 24: получите целевое диалоговое окно от спроса на скорость до управляющего сигнала текущего ПИДа.

Новые цели усиления появляются в разделе Tuning Goals Control System Tuner.

Рисунок 25: два гола усиления, добавленные к Control System Tuner.

Повторно настройтесь с этими дополнительными требованиями. Настройка Отчета, к которому получают доступ в правом нижнем углу инструмента, показывает худшему усилению 1,39 указания, что требования почти, но не точно соответствовавшие (все требования удовлетворяются, когда итоговое усиление меньше 1).

Рисунок 26: настройка отчета после перенастройки.

Затем сравните два проекта в линейной области путем нажатия на Compare в Control System вкладка.

Рисунок 27: сравнение двух проектов.

Второй проект менее агрессивен, но все еще удовлетворяет требование времени отклика.

Рисунок 28: переходные процессы двух проектов.

Наконец, продвиньте новые настроенные значения усиления к модели Simulink Update Blocks и симулируйте ответ на спрос на скорость на 2 000 об/мин и воздействие загрузки на 500 Н. Результаты симуляции появляются в рисунке 29 и текущем контроллере, который выход показывают в рисунке 30.

Рисунок 29: нелинейный ответ настройки с ограничениями усиления.

Рисунок 30: текущий контроллер Выход.

Нелинейные ответы являются теперь удовлетворительными, и текущий цикл больше не насыщает. Дополнительные ограничения усиления обеспечили systune перераспределять усилие по управлению между внутренними и внешними циклами, чтобы избежать насыщения.