Рабочая точка системы - это динамическая конфигурация, удовлетворяющая требованиям проектирования и использования, называемым эксплуатационными спецификациями. Можно выразить такие рабочие характеристики, как требования к состоянию системы x и входам u. Не всегда можно найти динамическое состояние, удовлетворяющее всем рабочим условиям. Кроме того, система может иметь несколько рабочих точек, удовлетворяющих одним и тем же требованиям.
Рабочие точки необходимы для проектирования и внедрения системных контроллеров. Вы можете оптимизировать систему в рабочей точке для обеспечения производительности, стабильности, безопасности и надежности.
Наиболее важным и распространенным типом рабочей точки является стационарное состояние, в котором некоторые или все системные динамические переменные являются постоянными.
Важным мотивом для нахождения рабочих точек является линеаризация, которая определяет реакцию системы на небольшие возмущения в рабочей точке. Результаты линеаризации влияют на конструкцию контроллеров обратной связи для управления динамическим поведением вблизи рабочей точки. Полный анализ линеаризации требует одного или нескольких системных выходов, y, в дополнение к входам.
См. раздел Линеаризация в рабочей точке.
Пилот, летающий на летательном аппарате, хочет найти для данной среды состояние двигателя летательного аппарата и поверхностей управления, которые создают уровень, постоянную скорость и постоянную высоту полета относительно земли. Требования «уровня», «постоянной скорости», «постоянной высоты» и «относительно земли» составляют эксплуатационные характеристики. Эта рабочая точка представляет собой установившееся состояние скорости, высоты и ориентации самолета в пространстве.
Существует несколько способов поиска рабочей точки в модели Simscape™. С помощью функций Simscape и Simulink ® можно задать рабочие спецификации и изолировать рабочие точки.
Совет
Для нахождения устойчивого состояния наиболее непосредственным методом является стационарный решатель Simscape. Для комплексного набора инструментов управления и линеаризации рекомендуется программное обеспечение Simulink Control Design™.
Для анализа рабочих точек выполняется работа с вектором полного состояния модели, который содержит:
Компоненты Simulink, которые могут быть непрерывными или дискретными.
Компоненты Simscape, которые являются непрерывными.
Какой бы метод вы ни выбрали, чтобы найти операционную точку, если вы хотите использовать ее для линеаризации, необходимо сохранить информацию об операционной точке в виде объекта операционной точки, времени моделирования t0 или вектора состояния x0 и входного вектора u0.
Использование методов проектирования управления Simulink для поиска рабочих точек
Использование источников для поиска не рекомендованных операционных точек
Одним из способов определения рабочих точек является моделирование модели и проверка ее состояния x и вывода y в виде временных рядов.
В модели Simscape настройте выходы датчиков для любых блоковых выходов, которые вы хотите наблюдать.
Подключите блоки области, блоки рабочей области или оба к выходам блоков Simscape для наблюдения и записи поведения моделирования.
На панели Импорт/экспорт данных (Data Import/Export) параметров конфигурации модели установите флажки Время (Time), Состояния (States) и Вывод (Output), чтобы записать эту информацию моделирования в рабочую область.
Программное обеспечение Simscape предоставляет два рабочих процесса для инициализации физической модели. Первый решает для установившегося состояния, где все дифференциальные переменные имеют нулевую производную. С помощью этого подхода можно выполнять поиск нескольких установившихся состояний с помощью решателя установившегося состояния путем изменения входных данных модели, параметров и начальных условий. Второй подход заключается в непосредственном определении начальных условий путем указания приоритета инициализации и целей для блочных переменных. Дополнительные сведения об этом подходе см. в разделе Инициализация переменных.
Чтобы использовать первый подход, включите стационарный решатель:
В каждой, некоторых или всех физических сетях модели Simscape откройте блок «Конфигурация решателя».
В каждом диалоговом окне блока установите флажок «Начать моделирование из устойчивого состояния».
В окне Параметры конфигурации модели (model Configuration Parameters) на панели Импорт/экспорт данных (Data Import/Export) установите флажок Состояния (States), чтобы записать временной ряд значений x в рабочей области.
Если в модели также имеются входные сигналы u, их можно захватить, подключив блоки рабочего пространства к входным сигнальным линиям Simulink.
Закройте эти диалоговые окна и запустите моделирование.
Первый вектор значений x (t = 0), захваченный во время моделирования, отражает устойчивое состояние x0, определенное решателем Simscape.
Совет
Поиск начального стационарного состояния является частью последовательности моделирования Simscape, не заданной по умолчанию. См. раздел Расчет начальных условий.
Можно упростить начальное стационарное вычисление, установив время моделирования равным 0. Затем моделирование решает только один шаг времени (нуль времени) и возвращает единственный вектор состояния x (t = 0).
Для поиска рабочих точек для моделей с компонентами Simscape можно использовать программное обеспечение Simulink Control Design. Simulink Control Design предоставляет как интерфейс командной строки, так и графический интерфейс для поиска и анализа рабочих точек.
Дополнительные сведения см. в разделе Поиск стационарных рабочих точек для моделей Simscape (Simulink Control Design).
Можно наложить рабочую спецификацию на часть модели Simscape, вставив исходные блоки из библиотеки Simscape Foundation Library. Они накладывают заданные значения системных переменных на части модели. Можно моделировать и сохранять вектор состояния.
Однако невозможно получить операционную точку для исходной системы (без исходных блоков) путем сохранения значений состояния из модели и последующего удаления исходных блоков. Как правило, количество, порядок и идентичность компонентов состояния изменяются после добавления и удаления блоков Simscape в модели.
trim Функция, не поддерживаемая моделями SimscapeSimulink trim не поддерживается для моделей, содержащих компоненты Simscape.