В этом примере показано, как настроить контроллер для удовлетворения требований к проектированию во временной и частотной областях с помощью оптимизатора отклика.
Для примера требуется Simulink ® Control Design™.
Откройте модель Simulink.
sys = 'sdoAircraft';
open_system(sys);
Модель самолета основана на Simulink slexAircraftExample модель. Модель включает в себя:
Подсистемы для моделирования динамики самолета (Aircraft Dynamics Model), порывы ветра (Dryden Wind Gust Models) и пилот G-сил (Pilot G-force calculation).
Шаг изменения, применяемый к джойстику летательного аппарата через 1 секунду при моделировании, который заставляет летательный аппарат совершать шаг вверх.
Вы настраиваете выигрыш контроллера в соответствии со следующими требованиями к проектированию во временной и частотной областях:
Угол атаки alpha ответ на ступенчатое изменение в джойстике имеет время подъема менее 1 секунды, менее 1% превышения, и устанавливается в пределах 1% установившегося состояния в течение менее 5 секунд
Контур управления скоростью основного тона имеет хорошее отслеживание ниже 1 рад/с и 20 дБ шумоподавления выше 100 рад/с
Реакция по замкнутому контуру от джойстика на пилот G-Force ниже 0 дБ выше 5 рад/с.
Эти требования снижают высокочастотные G-силы, испытываемые пилотом в ответ на изменения джойстика при сохранении характеристик полета.
Модель включает следующие блоки (из библиотек Simulink ® Design Optimization™ и Simulink Control Design Model Verification):
Alpha Response задает требование ответа альфа-шага.
Pitch Rate Loop определяет требования к производительности скорости основного тона.
Входы/выходы линеаризации уже выбраны на вкладке Линеаризации (Linearizations). Контур частоты основного тона начинается с входа контроллера (сигнал ошибки контроллера) и заканчивается на выходе датчика частоты тона. Контур угла атаки разомкнут сигналом, так что блок вычисляет только отклик контура скорости основного тона. Линейная система вычисляется во время моделирования 0.
На вкладке Границы (Bounds) определяются следующие требования к форме цикла скорости основного тона:
Более 20 дБ в диапазоне от 0,01 рад/с до 0,1 рад/с
Более 0 дБ в диапазоне от 0,1 рад/с до 1 рад/с
Менее -20 дБ в диапазоне от 100 рад/с до 1000 рад/с
Pilot G Response определяет требование к G-силе.
Входы/выходы линеаризации уже выбраны на вкладке Линеаризации (Linearizations). Линейная система вычисляется во время моделирования 0.
Вкладка «Границы» определяет требования к силе G менее 0 дБ в диапазоне 5 рад/с 100 рад/с.
Откройте оптимизатор ответов для настройки и выполнения задач оптимизации конструкции в интерактивном режиме. Нажмите кнопку «Оптимизация ответа» в диалоговом окне «Параметры блока» Alpha Response, Pitch Rate Loop или Pilot G Response блок. В качестве альтернативы введите sdotool('sdoAircraft'). Чтобы отобразить несколько графиков требований одновременно, используйте вкладку Вид в приложении.
Приложение обнаруживает требования, указанные в блоках проверки модели, и автоматически включает их в качестве требований.
В качестве конструктивных переменных для оптимизации укажите следующие параметры модели:
Выигрыши контроллера Ki и Kf
Коэффициент усиления датчика тангажа Kq
Коэффициент усиления альфа-датчика Ka
В раскрывающемся списке «Набор конструктивных переменных» выберите «Создать». Откроется диалоговое окно для выбора параметров модели для оптимизации.
Выбрать Ki, Kf, Kq и Ka. Нажмите кнопку < <, чтобы добавить выбранные параметры в набор конструктивных переменных.
Укажите минимальное и максимальное значения коэффициента усиления, Ki и Kf значения должны оставаться отрицательными, пока Ka и Kq должен оставаться положительным.
После ввода значений нажмите Enter.
Нажмите кнопку ОК. Новая переменная DesignVars отображается в браузере оптимизатора ответа.
Щелкните График (Plot) Реакция модели (Model Response), чтобы смоделировать модель и проверить, насколько хорошо начальная конструкция удовлетворяет проектным требованиям.
На графиках показано, что текущая конструкция не удовлетворяет требованиям к G-силе пилота и нарушается требование о превышении альфа-ответа на шаг.
Создайте график для отображения изменения переменных контроллера во время оптимизации. В выпадающем списке «Данные для печати» выберите «Варианты конструкции», содержащие конструктивные переменные оптимизации. Ki, Kf, Kq и Ka. В раскрывающемся списке Добавить график (Add Plot) выберите График итерации (Iteration plot).
Щелкните Оптимизировать (Optimize).
Чтобы загрузить предварительно настроенный файл и запустить оптимизацию, щелкните Открыть на вкладке Оптимизация ответа и выберите sdoAircraft_sdosession.mat. Можно также загрузить проект путем ввода:
> > загрузка sdoAircraft_sdosession
> > sdotool (SDOSessionData)
Окно выполнения оптимизации обновляется в каждой итерации и показывает, что оптимизация сходилась после 5 итераций.
Alpha Response и Pilot G Response графики показывают, что проектные требования выполнены. DesignVars график показывает, что коэффициенты усиления контроллера сходятся к новым значениям.
Чтобы просмотреть оптимизированные значения конструктивных переменных, щелкните DesignVars в браузере оптимизатора ответов. Оптимизированные значения конструктивных переменных автоматически обновляются в модели Simulink.
% Close the model bdclose('sdoAircraft')