В этом примере показано, как улучшить версию модели двигателя с разомкнутым контуром, описанную в разделе Моделирование синхронизации двигателя с использованием запускаемых подсистем. Эта модель, sldemo_enginewc, содержит замкнутый контур и демонстрирует гибкость и расширяемость моделей Simulink ®. В этой усовершенствованной модели целью контроллера является регулирование частоты вращения двигателя с помощью привода с быстрой дроссельной заслонкой, так что изменения крутящего момента нагрузки имеют минимальный эффект. Это легко достигается в Simulink путем добавления дискретного PI-контроллера к модели двигателя.
Мы выбрали закон контроля, который использует пропорциональный плюс интегральный (PI) контроль. Интегратор необходим для регулировки установившегося дросселя при изменении рабочей точки, и пропорциональный член компенсирует фазовое отставание, введенное интегратором.
Уравнение 1
Нажмите кнопку «Воспроизведение» на панели инструментов модели для запуска моделирования.
Примечание.Модель регистрирует релевантные данные в рабочей области MATLAB в структуре с именем sldemo_enginewc_output. Записанные сигналы имеют синий индикатор. Дополнительные сведения о регистрации сигналов см. в справке Simulink.
Рис. 1: Модель двигателя с замкнутым контуром и результаты моделирования
В этой модели мы используем контроллер дискретного времени, который подходит для реализации микропроцессора. Таким образом, интегральный член в уравнении 1 должен быть реализован с дискретной временной аппроксимацией. Как обычно в промышленности, выполнение контроллера синхронизировано с вращением коленчатого вала двигателя. Контроллер встроен в запускаемую подсистему, которая запускается описанным выше сигналом газораспределения.
Детальная конструкция подсистемы контроллера показана на рис. 2. Следует отметить использование блока «PID Controller». Этот блок реализует пропорционально-интегральную систему управления за дискретное время. Обратите внимание на настройку для набора времени выборки (внутри) в -1. Это указывает на то, что блок наследует время выборки, в этом случае выполняется каждый раз при запуске подсистемы. Ключевым компонентом, который делает эту подсистему запускаемой, является блок «Триггер», показанный в нижней части рисунка 2. Любая подсистема может быть преобразована в запускаемую подсистему путем перетаскивания копии этого блока в схему подсистемы из библиотеки Simulink Connections.
Рис. 2: Подсистема контроллера скорости
Типичные результаты моделирования показаны на рис. 3. Уставка скорости шагов от 2000 rpm кому 3000 rpm в t = 5 sec. Возмущения крутящего момента идентичны тем, которые используются в sldemo_engine, модель с разомкнутым контуром. Обратите внимание на быструю переходную реакцию с нулевой постоянной ошибкой. Несколько альтернативных настроек контроллера (Ki и Kp) показаны. Эти параметры могут быть скорректированы пользователем в командной строке MATLAB. Это позволяет инженеру понять относительные эффекты вариаций параметров.
Рис. 3: Типичные результаты моделирования
Закройте модель. Очистка зарегистрированных данных.
Возможность моделирования нелинейных, сложных систем, таких как описанная здесь модель двигателя, является одной из ключевых особенностей Simulink. Сила моделирования очевидна в изложении моделей выше. Simulink сохраняет верность модели, включая точно синхронизированные события впуска цилиндров, что имеет решающее значение при создании модели этого типа. Полная система управления скоростью показывает гибкость Simulink. В частности, подходы моделирования Simulink позволяют быстро создавать прототипы контроллера частоты вращения двигателя с прерыванием.
[1] P.R. Crossley and J.A. Cook, IEEE ® International Conference 'Control 91', Conference Publication 332, vol. 2, pp. 921-925, 25-28 марта 1991 года, Эдинбург, Великобритания.
[2] Модель Simulink. Разработан Кеном Баттсом, Ford Motor Company ®. Модифицированы Полом Барнардом, Тедом Лиефельдом и Стэном Куинном, MathWorks ®, 1994-7.
[3] Дж. Дж. Москва и Дж. К. Хедрик, «Моделирование автомобильных двигателей для приложения управления в реальном времени», Proc.1987 ACC, стр. 341-346.
[4] Б. К. Пауэлл и Дж. А. Кук, «Нелинейное низкочастотное феноменологическое моделирование и анализ движка», Proc. 1987 ACC, стр. 332-340.
[5] Р. У. Уикс и Дж. Дж. Москва, «Моделирование автомобильных двигателей для управления в реальном времени с использованием Matlab/Simulink», 1995 SAE Intl. Кон. бумага 950417.