В этом примере показано, как настроить два каскадных циклов обратной связи в Simulink ® Control Design™ с помощью Control System Designer.
Этот пример проектирует контроллеры для двух каскадных циклов обратной связи в модели планера таким образом, чтобы компонент ускорения (az) отслеживает опорные сигналы с максимальным временем нарастания 0,5 секунды. Структура цикла обратной связи в этом примере использует скорость тела (q) как внутренний цикл обратной связи и ускорение (az) как внешний цикл обратной связи.
Откройте модель планера.
open_system('scdairframectrl')
Два контроллера обратной связи:
scdairframectrl/q Control - интегратор в дискретном времени и блок усиления стабилизируют внутренний цикл.
open_system('scdairframectrl/q Control')
scdairframectrl/az Control - интегратор в дискретном времени, дискретная передаточная функция и блок усиления стабилизируют внешний контур.
open_system('scdairframectrl/az Control')
Типичная процедура проекта для каскадных систем обратной связи состоит сначала в проектировании внутреннего цикла, а затем внешнего контура. В Control System Designer возможно проектировать оба циклов одновременно; по умолчанию при разработке системы обратной связи с мультициклами учитываются эффекты связи между циклами. Однако при разработке двух циклов обратной связи одновременно может потребоваться развязка циклов обратной связи; то есть снимите эффект внешнего контура при настройке внутреннего цикла. В этом примере вы проектируете внутренний цикл обратной связи (q) с эффектом внешнего контура (az) удалено.
Чтобы спроектировать контроллер с помощью Control System Designer, необходимо:
Выберите блоки контроллеров, которые вы хотите настроить.
Создайте отклики разомкнутого и замкнутого циклов, которые вы хотите просмотреть.
В данном примере можно:
Запустите предварительно сконфигурированную сеанс Control System Designer, дважды щелкнув подсистему в нижнем левом углу модели.
Сконфигурируйте Control System Designer с помощью следующей процедуры.
Чтобы открыть Control System Designer, в модели Simulink, в галерее Apps, нажмите Control System Designer.
В диалоговом окне Edit Архитектуры, на вкладке Блоков, нажатия кнопки Add Блоков. В диалоговом окне «Выбор блоков для настройки» выберите следующие блоки и нажмите «ОК».
scdairframectrl/q Control/q Gain
scdairframectrl/az Control/az Gain
scdairframectrl/az Control/az DTF
На вкладке Сигналы точки анализа, определенные в модели Simulink, автоматически добавляются как Местоположения.
Вход: scdairframectrl/Step az - Выходной порт 1
Выход: scdairframectrl/Airframe Model - Выходной порт 1
Чтобы использовать выбранные блоки и сигналы, нажмите кнопку ОК.
В Data Browser раздел Responses содержит следующие отклики без разомкнутого контура, которые Control System Designer автоматически распознает как потенциальные циклы обратной связи для проекта без разомкнутого контура.
Выходной порт 1 scdairframectrl/az Control/az DTF
Выходной порт 1 scdairframectrl/az Control/az Gain
Выходной порт 1 scdairframectrl/q Control/q Gain
Откройте графические редактора Bode для каждого из следующих ответов. В Control System Designer выберите Tuning Methods > Bode Editor. Затем в раскрывающемся списке Select Response to Edit выберите соответствующие разомкнутые контуры отклики и нажатие кнопки Графика.
Разомкнутый контур на выходе 1 из scdairframectrl/az Control/az DTF
Разомкнутый контур на выходе 1 из scdairframectrl/q Control/q Gain
Чтобы рассмотреть ответ с обратной связью системы обратной связи, создайте график шага для нового ответа передаточной функции ввода - вывода. Выберите «Создать график» > «Создать шаг». Затем в диалоговом окне New Step to plot, в раскрывающемся списке Select Response to Plot, выберите New Input-Output Transfer Response.
Добавить scdairframectrl/Step az/1 как входной сигнал и scdairframectrl/Airframe Model/1 как сигнал выхода.
Нажмите График.
Во внешнем цикле bode Editor для LoopTransfer_scdairframectrl_az_Control_az_DTF графика увеличьте коэффициент усиления контура обратной связи, перетаскивая амплитудную характеристику вверх. График редактора bode с внутренним циклом, Bode Editor for LoopTransfer_scdairframectrl_q_Control_q_Gain, также меняется. Это изменение является результатом связи между циклами обратной связи. Более систематический подход состоит в том, чтобы сначала спроектировать внутренний цикл обратной связи с открытым внешним контуром.
Чтобы удалить эффект внешнего контура при разработке внутреннего цикла, добавьте открытие цикла к отклику разомкнутого контура внутреннего цикла.
В Диспетчере данных в области «Отклики» щелкните правой кнопкой по отклику внутреннего цикла и выберите «Открыть выбор».
В диалоговом окне «Передаточная функция разомкнутого контура» задайте scdairframectrl/az Control/az DTF/1 как открытие цикла. Нажмите кнопку ОК.
На графике редактора внешнего контура Bode увеличьте коэффициент усиления путем перетаскивания величины отклика. Поскольку циклы разъединены, график редактора Bode с внутренним циклом не меняется.
Теперь можно завершить проект внутреннего цикла без эффекта внешнего контура и одновременно спроектировать внешний контур, принимая во внимание эффект внутреннего цикла.
Control System Designer содержит несколько методов настройки системы управления:
Вручную настройте параметры каждого компенсатора с помощью редактора компенсаторов. Для получения дополнительной информации см. «Настройка блоков Simulink с помощью редактора компенсаторов» (Simulink Control Design).
Графически настройте полюса компенсатора, нули и усиления, используя разомкнутые/замкнутые графики Bode, корневой годограф или редактор. Нажмите «Методы настройки» и выберите редактор в разделе «Графическая настройка».
Оптимизируйте параметры компенсатора, используя требования проект как во временных так и частотных диапазонах (требует программного обеспечения Simulink Design Optimization™). Нажмите «Методы настройки» и выберите «Оптимизация на основе настройки». Для получения дополнительной информации см. «Обеспечение требований к времени и частоте на одноступенчатом Проектировании контроллера» (Simulink Design Optimization).
Вычислите параметры начального компенсатора, используя автоматическую настройку на основе таких параметров, как временные константы с обратной связью. Щелкните Методы настройки и выберите ПИД Настройка, Внутреннее управление моделью (IMC) Настройка Циклом Формирование (требует программного обеспечения Robust Control Toolbox™) или Синтез LQG.
Следующие параметры компенсатора удовлетворяют проект требованиям:
scdairframectrl/q Control/q Gain:
K_q = 2.7717622
scdairframectrl/az Control/az Gain:
K_az = 0.00027507
scdairframectrl/az Control/az DTF:
Numerator = [100.109745 -99.109745]
Denominator = [1 -0.88893]Ответ системы с обратной связью показан ниже:
Чтобы записать параметры компенсатора назад в модель Simulink, нажмите Update Blocks. Затем можно протестировать проект на нелинейной модели.
bdclose('scdairframectrl')