Во многих приложениях одноконтурная система управления не выполнима из-за вашего объекта конструктивные или конструктивные требования. Если у вас есть проект с внутренним циклом и внешним контуром, можно использовать Control System Designer, чтобы спроектировать 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 контур, чтобы достигнуть вашего желаемого ответа с обратной связью.
Поскольку этот пример разрабатывает систему управления положения для двигателя постоянного тока. Одноконтурный контроллер скорости вращения спроектирован в Проекте диаграммы Боде. Чтобы спроектировать контроллер углового положения, добавьте внешний контур, 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 урегулирования переходного процесса с обратной связью при поддержании запаса по фазе внутреннего цикла по крайней мере 65 градусов с максимальной пропускной способностью:
Минимальное время урегулирования переходного процесса с обратной связью.
Запас по фазе 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 этих архитектурах смотрите Архитектуры 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 выходу, 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 контур Предвещает Редактор для внешнего контура
Root Locus Editor for LoopTransfer_C1 — Редактор Корневого годографа разомкнутого контура для внешнего контура
Bode Editor for LoopTransfer_C2 — Разомкнутый контур Предвещает Редактор для внутреннего цикла
Root Locus Editor for LoopTransfer_C2 — Редактор корневого годографа разомкнутого контура для внутреннего цикла
IOTransfer_r2y: step — Полный переходной процесс с обратной связью от входа r до выхода 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 контура внутреннего цикла. В Data Browser щелкните правой кнопкой по LoopTransfer_C2, и выберите Open Selection.
Чтобы добавить цикл, открывающийся при выходе компенсатора внешнего контура, 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 контура внутреннего цикла.
График отклика Bode Editor обновляется, чтобы отразить новую передаточную функцию разомкнутого контура.
Чтобы увеличить пропускную способность внутреннего цикла, увеличьте усиление компенсатора C2.
В графике Bode Editor перетащите ответ величины вверх, пока запас по фазе не будет 65 градусами. Это соответствует усилению компенсатора 107. Увеличение усиления далее уменьшает запас по фазе ниже 65 градусов.
В качестве альтернативы можно настроить значение усиления с помощью редактора компенсатора. Для получения дополнительной информации смотрите Динамику Компенсатора Редактирования.
С настроенным внутренним циклом можно теперь настроить внешний контур, чтобы уменьшать время урегулирования 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 урегулирования, щелкните правой кнопкой по переходному процессу и выберите Characteristics> Settling Time.
Текущее время урегулирования с обратной связью больше 500 секунд.
В Root Locus Editor увеличьте усиление компенсатора C1. Когда усиление увеличивается, комплексные перемещения пары полюса к более медленной постоянной времени и действительные перемещения полюса к более быстрой постоянной времени. Усиление 600 производит хороший компромисс между временем нарастания и временем урегулирования.
Со временем урегулирования с обратной связью ниже 0,8 секунд и запаса по фазе внутреннего цикла 65 градусов, проект удовлетворяет конструктивным требованиям.