Определение модели завода

Определение линейной динамической модели завода с разомкнутым контуром.

num = [1 1];
den = [1 3 2 0.5];
sys = tf(num,den);

Установка представляет собой стабильную систему с одним входом и одним выходом, как видно из ее ступенчатой реакции.

step(sys)

Проектирование контроллера MPC

Создайте контроллер MPC, указав:

Ts = 0.5;
p = 15;
m = 2;
mpcobj = mpc(sys,Ts,p,m);

-->The "Weights.ManipulatedVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.00000.
-->The "Weights.ManipulatedVariablesRate" property of "mpc" object is empty. Assuming default 0.10000.
-->The "Weights.OutputVariables" property of "mpc" object is empty. Assuming default 1.00000.

Определите ограничения для управляемой переменной.

mpcobj.MV=struct('Min',-1,'Max',1);

Укажите выходной вес настройки.

mpcobj.Weights.Output=0.01;

Открытие и настройка модели Simulink

Откройте модель Simulink.

mdl = 'mpc_bumpless';
open_system(mdl)

В этой модели блок контроллера MPC уже сконфигурирован для передачи без неровностей с использованием следующих настроек параметров контроллера.

Для обеспечения безударного переноса исходные состояния завода и контроллера должны быть одинаковыми, что характерно для завода и контроллера в данном примере. Однако если исходные условия системы не совпадают, можно установить начальные состояния контроллера в исходное состояние завода. Для этого извлеките mpcstate объект из контроллера и установка начального состояния установки.

stateobj = mpcstate(MPC1);
stateobj.Plant = x0;

где x0 - вектор начальных состояний растения. Затем установите параметр Initial Controller State блока MPC Controller в значение stateobj.

Для моделирования переключения между ручным и автоматическим переключением блок коммутации посылает либо 1, либо 0 для управления переключателем. При отправке 0 система находится в автоматическом режиме, и выходной сигнал блока контроллера MPC поступает на завод. В противном случае система находится в ручном режиме, и сигнал от блока команд оператора поступает на установку.

В обоих случаях фактический входной сигнал завода возвращается в контроллер. ext.mv inport, если только вход установки не насыщается на уровне -1 или 1. Контроллер постоянно контролирует выходную мощность установки и обновляет ее оценку состояния установки даже в ручном режиме работы.

В этой модели также показана опция переключения оптимизации. Когда система переключается на ручное управление, ненулевой сигнал поступает в switch вход блока контроллера. Сигнал отключает вычисления оптимизации контроллера, что снижает вычислительные усилия.

Моделирование контроллера в Simulink

Моделирование управления по замкнутому контуру линейной модели установки в Simulink.

sim(mdl)

-->Converting the "Model.Plant" property of "mpc" object to state-space.
-->Converting model to discrete time.
-->Assuming output disturbance added to measured output channel #1 is integrated white noise.
-->The "Model.Noise" property of the "mpc" object is empty. Assuming white noise on each measured output channel.

Для первых 90 единиц времени сигнал переключения равен 0, что заставляет систему работать в автоматическом режиме. В течение этого времени контроллер плавно переводит выход контролируемой установки из ее начального значения 0 в требуемое опорное значение -0,5.

Устройство оценки состояния контроллера имеет нулевые начальные условия по умолчанию, что является подходящим при начале моделирования. Таким образом, при запуске отбойника нет. В общем, запустите систему в ручном режиме достаточно долго, чтобы контроллер мог получить точную оценку состояния перед переключением в автоматический режим.

В момент времени 90 переключающий сигнал изменяется на 1. Это изменение переключает систему на ручное управление и посылает команды оператора на установку. Одновременно ненулевой сигнал, поступающий на вход коммутатора контроллера, отключает вычисления оптимизации. Пока оптимизация отключена, блок контроллера MPC пропускает ток ext.mv сигнал на выход контроллера.

Находясь в ручном режиме, команда оператора устанавливает управляемую переменную на -0,5 в течение 10 единиц времени, а затем на 0. График выхода установки показывает отклик с разомкнутым контуром от 90 до 180 раз, когда контроллер деактивирован.

В момент времени 180 система переключается обратно в автоматический режим. В результате выход установки плавно возвращается к опорному значению, и аналогичная плавная регулировка происходит на выходе контроллера.

Отключить обратную связь с управляемыми переменными

Чтобы проверить поведение контроллера без управляемой переменной обратной связи, измените модель следующим образом:

Чтобы выполнить эти действия программно, используйте следующие команды.

delete_line(mdl,'Switch/1','Unit Delay/1');
delete_line(mdl,'Unit Delay/1','MPC Controller/3');
delete_block([mdl '/Unit Delay']);
delete_line(mdl,'Switching/1','MPC Controller/4');
set_param([mdl '/MPC Controller'],'mv_inport','off');
set_param([mdl '/MPC Controller'],'switch_inport','off');

Скорректируйте пределы графиков отклика и смоделируйте модель.

set_param([mdl '/Yplots'],'Ymin','-1.1~-0.1')
set_param([mdl '/Yplots'],'Ymax','2~1.1')
set_param([mdl '/MVplots'],'Ymin','-0.6~-0.5')
set_param([mdl '/MVplots'],'Ymax','1.1~1.1')
sim(mdl)

Поведение системы идентично исходному варианту для первых 90 единиц времени.

Когда система переключается в ручной режим в момент времени 90, поведение установки будет таким же, как и раньше. Однако контроллер пытается удерживать установку на уставке. Таким образом, его выход увеличивается и в конечном итоге насыщается, как видно на выходе контроллера. Поскольку контроллер предполагает, что этот выход поступает на завод, его оценки состояния становятся неточными. Поэтому, когда система переключается обратно в автоматический режим в момент времени 180, в выходном документе установки возникает большой удар.

Такой удар создает большие движения исполнительного механизма внутри установки. Благодаря плавному переходу от ручного к автоматическому управлению контроллер прогнозирования модели устраняет такие нежелательные движения.

bdclose(mdl)