Конструкция надежна, когда ее реакция не нарушает требований к конструкции при вариациях параметров модели. Модель может содержать параметры, значения которых точно неизвестны. Такие параметры изменяются в заданном диапазоне значений и определяются как неопределенные параметры. Вы можете знать номинальное значение и диапазон значений, в которых эти неопределенные параметры изменяются.
Можно использовать программное обеспечение Simulink ® Design Optimization™ для включения неопределенности параметров для проверки надежности конструкции. При оптимизации параметров для обеспечения надежности решатель оптимизации использует отклики, вычисленные с использованием всех неопределенных значений параметров, для корректировки значений конструктивных переменных .
Можно указать один и тот же параметр в качестве конструктивной и неопределенной переменной. Однако в одном и том же прогоне оптимизации нельзя использовать параметр в качестве конструктивной и неопределенной переменной. Кроме того, нельзя добавлять неопределенность в параметры контроллера или установки во время проектирования управления на основе оптимизации в конструкторе систем управления.
Неопределенные переменные могут быть скалярными, векторными, матричными или выражениями.
Проверить и оптимизировать параметры надежности модели можно следующими способами.
Перед оптимизацией. Перед оптимизацией параметров в соответствии с требованиями проекта задайте неопределенность параметров. В этом случае способ оптимизации оптимизирует сигналы на основе как номинальных значений параметров, так и неопределенных значений. Этот режим требует больше вычислительного времени.
После оптимизации. Задайте неопределенность параметров после оптимизации параметров модели в соответствии с требованиями проекта. Затем можно проверить эффект неопределенных параметров, построив график отклика модели. Если реакция нарушает проектные требования, можно снова оптимизировать параметры, включив неопределенность параметров во время оптимизации.
Выборочные значения для неопределенных параметров являются вектором числовых значений. Можно задать вектор самостоятельно или создать вектор случайных чисел с помощью программного обеспечения. Указанные значения выборки могут быть равномерно распределены или случайными. Например, четыре значения выборки для двух неопределенных параметров a и b в диапазоне [0 3] и [1 2.5] может выглядеть следующим образом.
Существует два метода определения количества выборок, используемых при оптимизации:
Только комбинация минимального и максимального значений (в кружке)
Комбинация всего набора значений (все сплошные точки на предыдущем рисунке)
Совет
Использование только минимального и максимального значений во время оптимизации увеличивает скорость вычислений по сравнению с использованием всего набора значений.
В предыдущем примере существует 4 комбинации с использованием минимального и максимального значений и 16 комбинаций с использованием всех значений выборки.
В оптимизаторе отклика метод выборки задается с помощью опций, показанных на следующем рисунке.
В этом примере показано, как оптимизировать параметры для надежности модели.
Загрузите сохраненный сеанс оптимизатора ответов.
load sldo_model1_desreq_optim_sdosession; sdotool(SDOSessionData);
sdotool открывает следующую модель Simulink и сохраненную сессию оптимизатора ответа.
Параметры этой модели, Kp, Ki и Kd, уже оптимизированы для удовлетворения следующих требований к ответу на шаг:
Максимальное превышение 5%
Максимальное время подъема - 10 секунд
Максимальное время установки 30 секунд
Укажите неопределенность параметров.
В раскрывающемся списке «Набор неопределенных переменных» выберите «Создать».
Откроется окно, в котором можно указать неопределенные переменные.
Щелкнуть w0 и zeta для их выбора.
Щелкните
, чтобы добавить выбранные параметры в неопределенный набор переменных.
Программа отображает следующие настройки параметров:
Переменная - имя параметра
Номинальное значение - номинальное значение параметров, указанных в модели Simulink
Неопределенные значения - значения, которые может принимать неопределенный параметр. По умолчанию максимальное и минимальное значения изменяются на 10% от номинального значения.
Общее количество значений выборки, используемых при оптимизации, представляет собой комбинацию максимального и минимального значений неопределенных параметров.
Флажок указывает, что параметр включен в неопределенный набор переменных. Неопределенное имя набора переменных по умолчанию: UncVars.
Нажмите кнопку ОК. Новая переменная UncVars появляется в области данных оптимизатора ответа.
Проверьте устойчивость модели к неопределенным параметрам.
Щелкните График (Plot) Ответ модели (Model Response).
График ответа на шаг, отображающий требования, обновления.
Сплошная кривая соответствует отклику модели, вычисленному с использованием оптимизированных параметров и номинальных значений неопределенного параметра.
Четыре пунктирные кривые соответствуют отклику модели с минимальным и максимальным значениями неопределенных параметров.
Пунктирные линии графика показывают, что реакция в течение периода от 10 до 20 секунд нарушает проектные требования.
Оптимизируйте параметры для надежности модели. Щелкните Оптимизировать (Optimize).
Откроется окно Ход оптимизации (Optimization Progress), в котором отображаются итерации оптимизации.
После завершения оптимизации сообщение Optimization converged указывает, что окончательный отклик модели, вычисленный путем изменения неопределенных параметров, соответствует заданным требованиям к конструкции.
Изучите ответы.
Совет
Чтобы просмотреть только окончательные отклики модели, щелкните правой кнопкой мыши белую область на графике и снимите флажок «Отклики» > «Показать отклики итерации».
Конечные отклики отображаются как толстые сплошные и пунктирные кривые. Номинальные и неопределенные ответы с изменениями параметров теперь соответствуют проектным требованиям.
Если модель содержит ссылочные модели, можно создать неопределенный набор переменных с помощью переменных в ссылочных моделях с помощью диалогового окна «Создать неопределенный набор переменных». Например, первая переменная в диалоговом окне, Slew, указан как sdoRateLimitedController:Slew. sdoRateLimitedController - имя ссылочной модели с переменной Slew. Slew переменная имеет одинаковое значение для всех экземпляров sdoRateLimitedController модель. Напротив, переменная Kd может иметь разное значение для каждого экземпляра ссылочной модели, содержащей его. Например, вторая переменная в диалоговом окне отображается как sdoMultipleMotors/Control_1:Kd. Модель верхнего уровня sdoMultipleMotors имеет блок Control_1, которая является ссылочной моделью с переменной Kd. Значение этой переменной может отличаться от Kd в блоке Control_2, которая является третьей переменной в диалоговом окне. Чтобы включить специфичные для экземпляра значения, Kd указывается в качестве аргумента модели в рабочей области модели, на которую имеется ссылка.
