В этом примере показано, как использовать Simulink ® Design Optimization™ для настройки компенсатора в модели Simulink. Вы добавите требования к производительности для дальнейшего уточнения и оптимизации начальной конструкции компенсатора, выполняемой с помощью Simulink ® Control Design™ (см. Проект компенсатора с одноконтурной обратной связью/предварительным фильтром (Simulink Control Design)).
С помощью Simulink Design Optimization можно графически задавать требования к конструкции и производительности системы, размещая границы на графиках отклика, таких как Боде (Bode), Николс (Nichols), Полюс (Pole )/Нулевой (Zero), Шаг (Step) или Импульс (Impulse). Затем с помощью методов оптимизации можно автоматически настраивать элементы компенсатора в соответствии с требованиями проекта. Элементы компенсатора, настраиваемые с помощью настройки на основе оптимизации, включают коэффициенты усиления, полюса и нули.
Требуется Design™ Simulink ® Control.
Откройте модель с помощью команды ниже и дважды щелкните оранжевый блок, чтобы запустить приложение Control System Designer.
speedctrl_demo
В этом примере создается одиночный контур обратной связи для управления скоростью двигателя. Предварительный проект ПИ-контроллера был создан с использованием Simulink Control Design (см. Проект одноконтурного компенсатора обратной связи/предварительного фильтра (Simulink Control Design)) и используется в качестве отправной точки для дальнейшей доработки проекта с использованием оптимизации отклика. В этом примере контроллер настраивается на соответствие следующим спецификациям производительности временной и частотной областей:
Требование 1. Нижний предел амплитуды на выходе ступенчатой характеристики, равный -0,1, и 3 секундное время нарастания для достижения 95% уставки.
Требование 2. Максимальное превышение 1% для ответа на единичный шаг от Speed Reference кому Speed Output.
Требование 3. Минимальный коэффициент усиления контура, равный 10 дБ в частотном диапазоне от 1e-4 до 1 рад/с для обеспечения хорошего отклонения выходного возмущения и отслеживания опорного сигнала в этом частотном диапазоне.
Требование 4. Максимальный коэффициент усиления контура -10 дБ в диапазоне частот от 10 до 1е4 рад/с для обеспечения адекватного высокочастотного подавления шумов и вместе с требованиями к низкой частоте для обеспечения полосы пропускания контура от 1 до 10 рад/с.
Оптимизация отклика во временной и частотной областях интегрирована в приложение «Конструктор системы управления». На вкладке «Система управления» в раскрывающемся списке «Методы настройки» выберите «Настройка на основе оптимизации».
Первым шагом в конфигурировании оптимизации является выбор элементов компенсатора для настройки. В этом примере выберите Gain и Real Zero контроллера PID; эталонный фильтр не настроен.
Следующим шагом является создание проектных требований, которым должна соответствовать оптимизация. Проектные требования визуализируются на графиках реакции системы. Графики ответов можно добавлять с помощью выпадающих списков «Графическая настройка» или «Новый график» в приложении «Конструктор системы управления». Пример «Начало работы с конструктором системы управления» показывает, как использовать конструктор системы управления.
Существует два способа добавления требований: их можно добавить с помощью кнопки Добавить новое требование к конструкции на вкладке Требования к конструкции (Design Requirements) в окне Оптимизация ответа (Response Optimization) или путем щелчка правой кнопкой мыши на графике ответа и выбора команду Требования к конструкции (Design Requirements) - > Создать (New).
Добавить Требование 1, чтобы ограничить меньшую амплитуду выходного сигнала, получаемого от ступенчатого входного сигнала,
1. Щелкните правой кнопкой мыши на графике ответа нижнего шага и выберите Design Requirements- > New.
2. Укажите нижний предел как -0.1 в диапазоне времени от 0 до 5 секунд.
Это создает нижний предел амплитуды на графике отклика шага, как показано на следующем рисунке.
Чтобы добавить требование времени нарастания к отклику шага, можно графически манипулировать требованием меньшей амплитуды на графике отклика шага.
1. Щелкните правой кнопкой мыши нижний предел амплитуды и выберите Разделить (Split), чтобы разделить сегмент на две части.
2. Щелкните правой кнопкой мыши второй сегмент требования и выберите Удлинить до inf (Extend to inf), чтобы продлить его до бесконечности.
3. Щелкните правой кнопкой мыши второй сегмент требования, выберите Править (Edit) и задайте значения для представления 95% времени подъема через 3 секунды.
Можно также щелкнуть левой кнопкой мыши второй сегмент требования и перетащить его в нужное положение.
Затем добавьте требование 2 для максимального превышения в график ответа на шаг. Ограничения во временной области на графике ответа на шаг показаны на следующем рисунке.
График показывает нижний предел амплитуды -0,1, максимальное превышение и 95% от значения отклика единичного шага 1,01 и 0,95 соответственно.
Добавление требования 3 для минимального усиления контура,
1. Щелкните Добавить новое требование к конструкции (Add new design requirement) на вкладке Требования к конструкции (Design Requirements) окна Оптимизация ответа (Response
2. Укажите нижний предел величины Бода для разомкнутого контура как 10 дБ в диапазоне частот от 1e-4 до 1 рад/сек.
Это создает ограничение минимального усиления контура на графике величины Бода, как показано на следующем рисунке.
Добавьте требование 4 для максимального усиления контура к графику величины Бода, чтобы удовлетворить общим проектным спецификациям. График величины Боде показывает минимальное и максимальное усиление контура в заданном диапазоне частот.
Выберите требования к конструкции для оптимизации на вкладке Требования к конструкции (Design Requirements). После выбора требований появится таблица Требования к конструкции (Design Requirements), как показано ниже.
После определения проектных требований и выбора элементов компенсатора для настройки оптимизация готова к выполнению. Выберите вкладку Оптимизация (Optimization) и нажмите кнопку Начать оптимизацию (Start Optimization). Во время оптимизации на вкладке Оптимизация (Optimization) отображаются обновленные графики ответов и численные данные о ходе выполнения.
Чтобы проверить, насколько оптимизированная конструкция соответствует указанным требованиям, просмотрите оптимизированные ответы (см. ниже).
Для проверки конструкции компенсатора в полной нелинейной модели Simulink вернитесь к конструктору системы управления и нажмите кнопку «Обновить параметры блока Simulink», чтобы записать компенсатор обратно в модель Simulink. Теперь модель Simulink можно моделировать с помощью недавно разработанного компенсатора.
bdclose('speedctrl_demo')