Simulink модель системы управления

Модель watertank_comp_design, показанная на рисунке ниже, моделирует цикл обратной связи для регулирования уровня воды в баке с водой. Блок Controller содержит компенсатор первого порядка, который будет настроен.

mdl = 'cst_watertank_comp_design';
open_system(mdl)

Подсистема Бака с водой моделирует динамику бака с водой. Вода входит в бак из верхней части со скоростью, пропорциональной напряжению V, приложенному к насосу. Вода выходит через отверстие в основе бака со скоростью, пропорциональной квадратному корню уровня воды H в баке. Присутствие квадратного корня в скорости потока жидкости воды делает растение нелинейным.

Нелинейная модель для потока воды

где

Эта система является пассивной с функцией хранения, так как

Управление, основанное на пассивности

Теоремой Пассивности, взаимосвязь отрицательной обратной связи двух строго пассивных систем и всегда стабильна.

Поскольку бак с водой система является пассивной, имеет смысл потребовать, чтобы контроллер был строго пассивным, чтобы гарантировать стабильность замкнутого контура, даже когда модель объекта управления неточна.

Настройка компенсатора с использованием Control System Tuner

Вы можете использовать приложение Control System Tuner, чтобы настроить блок Controller.

Шаг 1: Откройте приложение Control System Tuner. В окне модели Simulink, на вкладке Apps, в галерее Apps, нажмите Control System Tuner.

Шаг 2: Запустите селектор настроенных блоков из кнопки Select Blocks на вкладке Tuning

Шаг 3: Выберите блок Controller и нажмите OK. Этот блок теперь появляется в списке Tuned Blocks.

Шаг 4: Задайте цели настройки. Здесь есть две основные цели:

Щелкните раскрывающийся список Создать цель (New Goal) и сначала добавьте цель Пассивность (Passivity).

Сконфигурируйте эту цель, чтобы применить только к блоку Controller. Это достигается путем установки входного сигнала «Желаемый уровень воды», выходного сигнала, который должен быть выходным сигналом блока Controller, и открытия цикла, который должен быть на выходе блока Controller. Также задайте минимальные индексы пассивности 0,01 на входах и выходах, чтобы обеспечить строгую пассивность.

Затем добавьте цель отслеживания уставки из выпадающего списка New Goal. Сконфигурируйте эту цель для времени отклика 1 секунду.

Наконец, нажмите кнопку «Управление целями» на вкладке «Настройка» и отметьте цель «Пассивность» как ограничение жесткой настройки.

Шаг 5: Вы готовы настроить блок Controller. Нажмите кнопку Tune. Результаты настройки можно просмотреть один за другим, выбрав «Слева/Справа» на вкладке «Вид».

Можно дополнительно проанализировать эти результаты, сгенерировав скрипт MATLAB, который воспроизводит этот процесс настройки.

Симуляция замкнутой системы

Можно просмотреть диаграмму Боде настроенного контроллера. Нажмите кнопку Создать график (New Plot) на вкладке Система управления (Control System). Выберите New Bode из выпадающего списка.

Ответ контроллера может быть задан следующим образом.

Нажмите на кнопку Plot. Эта диаграмма Боде показана на следующем рисунке.

Можно также симулировать нелинейный ответ с обратной связью с помощью настроенного контроллера. Сначала обновите блок Контроллера, нажав Обновить Блоки на вкладке Система управления.

В модели Simulink дважды нажатие кнопки блок Scope, чтобы открыть окно Scope, а затем симулируйте модель.

Нелинейная реакция настроенной системы управления появится в окне Scope. Эта симуляция показывает, что эффективность отслеживания удовлетворительная.