В этом разделе описываются требования к проектированию временной и частотной областей, доступные в конструкторе систем управления. Каждое требование определяет область исключения, обозначаемую желтой затененной областью. Чтобы удовлетворить требованию, график ответа должен оставаться вне связанной области исключения.
Если установлено программное обеспечение Simulink ® Design Optimization™, можно использовать методы оптимизации отклика, чтобы найти компенсатор, соответствующий заданным требованиям к конструкции. Примеры проектирования управления на основе оптимизации с использованием проектных требований см. в разделах Оптимизация системы LTI для соответствия требованиям частотной области (оптимизация проектирования Simulink) и Оптимизация проектирования на основе PID-контроллера для линеаризованной модели Simulink (GUI) (Оптимизация проектирования Simulink).
Для других методов настройки Control System Designer можно использовать указанные требования к конструкции в качестве визуальных рекомендаций в процессе настройки.
Требования к конструкции можно добавлять непосредственно на существующие графики или, при использовании настройки на основе оптимизации, в диалоговом окне Оптимизация ответа (Response Optimization).
Можно добавлять требования к конструкции непосредственно к существующим:
Моде, корневой локус и графики редактора Николса.
Графики анализа:
Графики корневых локусов и карты полюсов/нулей
Диаграммы Моде
Участки Николса
Ступенчатые и импульсные реакции
Чтобы добавить требования к конструкции на график, в конструкторе систем управления щелкните правой кнопкой мыши на графике и выберите «Требования к конструкции» > «Создать».
В диалоговом окне «Новое конструкторское требование» в раскрывающемся списке «Тип конструкторского требования» выберите тип требования для добавления. Можно выбрать любое допустимое требование для связанного типа печати.
В разделе Параметры требований проекта настройте свойства требований. Параметры зависят от выбранного типа требования.
Чтобы создать указанное требование и добавить его в график, нажмите кнопку «ОК».
При использовании настройки на основе оптимизации можно добавить требования к конструкции в диалоговом окне Оптимизация ответа (Response Optimization).
Для этого на вкладке Требования к конструкции (Design Requirements) щелкните Добавить новое требование к конструкции (Add new design requirement).
В диалоговом окне «Новое конструкторское требование» выберите тип конструкторского требования в раскрывающемся списке.
В раскрывающемся списке «Требование к ответу» укажите ответ, к которому следует применить требование проекта. В браузере данных можно выбрать любой ответ.
В разделе Параметры требований проекта настройте свойства требований. Параметры зависят от выбранного типа требования.
Для создания указанного требования к конструкции нажмите кнопку OK. В диалоговом окне «Оптимизация ответа» на вкладке «Требования к конструкции» новое требование добавляется в таблицу.
Приложение также добавляет требование к конструкции в соответствующий редактор или график анализа. Используемый тип печати зависит от выбранного типа требований проекта.
Если требование для Bode, корневой локус или Николс график и:
Открывается соответствующий график редактора, к которому добавляется требование.
Открыт только соответствующий график анализа, требование добавляется к этому графику.
Соответствующий график не открыт, требование добавляется к новому графику редактора.
В противном случае, если требование относится к другому типу графика, оно добавляется к соответствующему графику анализа. Например, Step requirement bound добавляется в новый график анализа шага.
Для редактирования существующего требования в конструкторе систем управления щелкните правой кнопкой мыши соответствующий график и выберите «Требования к конструкции» > «Редактировать».
В диалоговом окне «Редактирование конструкторского требования» в раскрывающемся списке «Конструкторское требование» выберите конструкторское требование для правки. Можно выбрать любое существующее конструкторское требование из текущего графика.
В разделе Параметры требований проекта укажите свойства требований. Параметры зависят от выбранного типа требования. При изменении параметра приложение автоматически обновляет отображение требований на соответствующем графике.
Также можно в интерактивном режиме корректировать требования к конструкции, перетаскивая кромки или вершины закрашенной области исключения на связанный график.
Задание времени установки для системы непрерывного времени добавляет вертикальную граничную линию к корневому локусу или полюсно-нулевому графику. Эта линия представляет местоположения полюсов, связанные с указанным временем установки. Эта граница является точной для системы второго порядка без нулей. Для систем более высокого порядка граница является аппроксимацией, основанной на доминантных системах второго порядка.
Для выполнения этого требования системные полюса должны располагаться слева от линии границы.
Для дискретно-временной системы граница, требуемая для проектирования, представляет собой криволинейную линию, центрированную в начале координат. В этом случае для выполнения этого требования системные полюса должны находиться в пределах линии границы.
Задание процента превышения для системы непрерывного времени добавляет к графику два луча, которые начинаются в начале координат. Эти лучи являются локусом полюсов, связанных с указанным значением превышения. В случае дискретного времени конструкторское требование добавляет две кривые, начинающиеся в (1,0) и встречающиеся на действительной оси в левой плоскости.
Примечание
Расчетные требования к процентному превышению (п.о.) могут быть выражены в терминах коэффициента демпфирования
Задание коэффициента затухания для системы непрерывного времени добавляет к графику два луча, которые начинаются в начале координат. Эти лучи являются локусом полюсов, связанных с указанным значением превышения. Эта граница является точной для системы второго порядка и для систем более высокого порядка является аппроксимацией, основанной на доминантных системах второго порядка.
Для выполнения этого требования системные полюса должны располагаться слева от граничных линий.
Для систем дискретного времени требование проектирования добавляет две кривые, начинающиеся в (1,0) и встречающиеся на действительной оси в левой плоскости. В этом случае системные полюса должны находиться в пределах граничных кривых.
Задание границы собственной частоты добавляет к графику полукруг, центрированный вокруг начала координат. Радиус полукруга равен собственной частоте.
Если задать нижнюю границу собственной частоты, системные полюса должны оставаться за пределами этой полуокружности. Если задать верхнюю границу собственной частоты, системные полюса должны оставаться в пределах этой полуокружности.
Чтобы задать ограничение области, определите две или более вершин линейной граничной линии. Для каждой вершины задайте Вещественные (Real) и Мнимые (Imaginary) компоненты. Это требование добавляет закрашенную область исключения на одной стороне линии границы. Чтобы переключить область исключения на противоположную сторону границы, на графике ответа щелкните правой кнопкой мыши на требовании и выберите «Развернуть».
Для выполнения этого требования системные полюса должны находиться вне области исключения.
Можно задать верхние пределы усиления как для откликов Боде с разомкнутым контуром, так и для откликов Боде с замкнутым контуром.
Предел усиления состоит из одного или нескольких отрезков линии. Для начальной и конечной точек каждого сегмента укажите частоту, Freq и величину, Mag. Также можно задать наклон сегмента линии в дБ/декаде. При изменении уклона величина конечной точки обновляется.
При использовании настройки на основе оптимизации каждому сегменту можно назначить вес настройки, чтобы указать его относительную важность.
В раскрывающемся списке Тип (Type) можно выбрать, следует ли ограничивать величину величиной выше или ниже указанной границы.
Можно задать нижние пределы усиления так же, как верхние пределы усиления.
Можно указать нижнюю границу для запаса усиления, запаса фазы или и того, и другого. Указанные границы отображаются в тексте на графике величины Боде.
Примечание
Требования к коэффициенту усиления и запасу по фазе применимы только к схемам Bode с разомкнутым контуром.
Укажите минимальное поле фазы в качестве положительного значения. Графически конструктор систем управления отображает это требование как область исключения вдоль оси усиления с разомкнутым контуром 0 дБ.
Укажите минимальное значение запаса усиления. Графически конструктор систем управления отображает это требование как область исключения вдоль фазовой оси с разомкнутым контуром -180 градусов.
Укажите минимальное пиковое значение коэффициента усиления по замкнутому контуру. Указанное значение dB может быть положительным или отрицательным. Проектное требование соответствует кривым сетки графика Николса. Рекомендуется включить сетку при использовании требования пикового коэффициента усиления с замкнутым контуром.
Чтобы задать требования к проектированию фазы усиления, определите две или более вершин линейной граничной линии по частям. Для каждой вершины задайте значения усиления фазы разомкнутого контура и разомкнутого контура. Это требование добавляет закрашенную область исключения на одной стороне линии границы. Чтобы переключить область исключения на противоположную сторону границы, на графике Николса щелкните правой кнопкой мыши требование и выберите Развернуть (Flip).
При редактировании запаса по фазе, запаса усиления или требования к пиковому коэффициенту усиления по замкнутому контуру можно указать местоположение дисплея как -180 ± k360 градусов, где k - целое значение.
При вводе недопустимого местоположения выбирается ближайшее допустимое местоположение. Хотя эти требования отображаются графически только в одном месте, они применяются независимо от фактической фазы; то есть они применяются для всех значений k.
Можно задать верхние временные границы откликов как для ступенчатых, так и для импульсных откликов.
Граница времени ответа состоит из одного или нескольких сегментов линии. Для начальной и конечной точек каждого сегмента задайте значение «Время» и «Амплитуда». Можно также задать уклон сегмента линии. При изменении уклона амплитуда конечной точки обновляется.
При использовании настройки на основе оптимизации каждому сегменту можно назначить вес настройки, чтобы указать его относительную важность.
В выпадающем списке Тип (Type) можно выбрать, следует ли ограничивать реакцию выше или ниже указанной границы.
Можно задать более низкие временные границы откликов как для ступенчатых, так и для импульсных откликов так же, как и для верхних пределов усиления.
Для графика ответа на шаг можно также указать требование к конструкции привязки ответа на шаг.
Чтобы определить требование привязки ответа на шаг, укажите следующие параметры ответа на шаг:
Конечное значение - Конечное установившееся значение
Время подъема - время, необходимое для достижения указанного процента,% подъема, от конечного значения
Время установления - время, в которое ответ поступает и остается в пределах процента установления,% от конечного значения
% превышения - максимальное процентное превышение над конечным значением
% недоделки - максимальный процент недоделки ниже начального значения
В конструкторе систем управления графики ответа на шаг всегда используют начальное значение и время шага, равное 0