Планирование усиления - это подход к управлению нелинейными системами с использованием семейства линейных контроллеров, каждый из которых обеспечивает удовлетворительное управление для различных рабочих точек системы. Управление с планированием усиления обычно осуществляется с использованием контроллера, коэффициенты усиления которого автоматически корректируются как функция переменных планирования, которые описывают текущую рабочую точку. Такие переменные могут включать время, внешние рабочие условия или состояния системы, такие как ориентация или скорость.
Системы управления с планированием усиления часто проектируются путем выбора небольшого набора рабочих точек, расчетных точек и проектирования подходящего линейного контроллера для каждой точки. При работе система переключается или интерполируется между этими контроллерами в соответствии с текущими значениями переменных планирования.
Планирование усиления наиболее подходит, когда переменные планирования являются внешними параметрами, которые медленно изменяются по сравнению с пропускной способностью управления, такими как температура окружающей среды химической реакции или скорость крейсерского самолета. Планирование усиления является наиболее сложной задачей, когда переменные планирования зависят от быстро изменяющихся состояний системы. Поскольку локальная линейная производительность вблизи рабочих точек не является гарантией глобальной производительности нелинейных систем, требуется расширенная проверка на основе моделирования. Обзор планирования повышения производительности и связанных с ним проблем см. в [1].
Для проектирования системы управления с планированием усиления необходимо:
Рабочий диапазон, определяемый как набор диапазонов, в пределах которых во время работы остаются значения соответствующих параметров системы. Например, если ваша система является крейсерским самолетом, то рабочий диапазон может составлять угол падения от -20 ° до 20 ° и воздушную скорость в диапазоне 200-250 м/с.
Некоторые измеряемые переменные, которые указывают, где в рабочем диапазоне находится система в данный момент времени. Эти сигналы являются переменными планирования. Для системы летательного аппарата плановыми переменными могут быть угол падения и воздушная скорость.
График усиления, который содержит формулы или таблицы данных, которые возвращают соответствующие коэффициенты усиления контроллера для заданных значений переменных планирования. Для бортовой системы график усиления дает соответствующие коэффициенты усиления контроллера для любой комбинации угла падения и скорости воздушного потока в пределах рабочего диапазона.
В приложении Control System Toolbox™ предусмотрены блоки, которые помогают моделировать системы управления по расписанию усиления в Simulink ®. Эти блоки позволяют реализовать общие элементы системы управления с переменными параметрами. Например, блок контроллера изменяющегося PID принимает коэффициенты усиления PID в качестве входных данных. В модели для реализации графика усиления используются блоки, такие как n-D Lookup Table или MATLAB Function block. Дополнительные сведения и примеры см. в разделе Системы управления с планированием усиления модели в Simulink.
При наличии Design™ управления Simulink можно использовать
systune настройка графиков усиления для создания системы управления, отвечающей требованиям к производительности во всем диапазоне эксплуатации. Дополнительные сведения см. в разделе Настройка графиков усиления в Simulink.
[1] Rugh, W.J. и J.S. Shamma, «Исследование планирования усиления», Automatica, 36 (2000), стр. 1401-1425.