Цель отслеживания шагов

Цель

Сделайте переходную характеристику от заданных входов к заданным выходам тесно совпадающим с целевым ответом, при использовании Control System Tuner.

Описание

Цель отслеживания шага ограничивает переходную характеристику между указанными местоположениями сигнала, чтобы соответствовать переходной характеристике стабильной ссылки. Ограничение выполняется, когда относительное различие между настроенными и целевыми откликами попадает в заданный вами допуск. Вы можете использовать эту цель, чтобы ограничить SISO или MIMO ответ вашей системы управления.

Можно задать ссылку систему для целевой переходной характеристики с точки зрения характеристик системы первого порядка (константа времени) или характеристик системы второго порядка (естественная частота и процент перерегулирования). Кроме того, можно задать пользовательскую систему ссылок как числовую модель LTI.

Создание

На вкладке Tuning Control System Tuner выберите New Goal > Tracking of step commands, чтобы создать цель отслеживания шагов.

Эквивалентный код командной строки

При настройке систем управления в командной строке используйте TuningGoal.StepTracking для задания переходной характеристики цели.

Переходная характеристика выбора

Используйте этот раздел диалогового окна, чтобы задать входы, вывода и открытия цикла для оценки цели настройки.

  • Specify step-response inputs

    Выберите одно или несколько местоположений сигналов в модели, в которых можно применить шаг входа. Чтобы ограничить ответ SISO, выберите однозначный входной сигнал. Например, чтобы ограничить переходную характеристику из местоположения с именем 'u' в местоположение с именем 'y', нажмите Add signal to list и выберите 'u'. Чтобы ограничить ответ MIMO, выберите несколько сигналов или векторный сигнал.

  • Specify step-response outputs

    Выберите в модели одно или несколько местоположений сигнала, в которых можно измерить ответ на вход шага. Чтобы ограничить ответ SISO, выберите однозначный выходной сигнал. Например, чтобы ограничить переходную характеристику из местоположения с именем 'u' в местоположение с именем 'y', нажмите Add signal to list и выберите 'y'. Чтобы ограничить ответ MIMO, выберите несколько сигналов или векторный сигнал. Для систем MIMO количество выходов должно равняться количеству входов.

  • Compute step response with the following loops open

    Выберите в модели одно или несколько местоположений сигнала, в которых можно открыть цикл обратной связи для оценки этой цели настройки. Цель настройки оценивается относительно строения разомкнутого контура, созданной открытием циклов обратной связи в идентифицируемых вами местах. Например, чтобы вычислить цель настройки с открытием в местоположении с именем 'x', нажмите Add signal to list и выберите 'x'.

Совет

Чтобы выделить любой выбранный сигнал в Simulink® модель, click. Чтобы удалить сигнал из входного или выходного списка, нажмите. Когда вы выбрали несколько сигналов, можно переупорядочить их, используя и. Для получения дополнительной информации о том, как задать местоположения сигналов для цели настройки, смотрите Задать цели для интерактивной настройки.

Желаемый ответ

Этот раздел диалогового окна используется для определения формы требуемой переходной характеристики.

  • First-order characteristics

    Задайте требуемую переходную характеристику (образец модели Href) как ответ первого порядка с постоянными по времени τ:

    Href=1/τs+1/τ.

    Введите требуемое значение для τ в текстовое поле Time Constant. Задайте τ в единицах времени вашей модели.

  • Second-order characteristics

    Задайте требуемую переходную характеристику как ответ второго порядка с постоянными по времени τ и собственной частотой 1/ τ .

    Введите требуемое значение для τ в текстовое поле Time Constant. Задайте τ в единицах времени вашей модели.

    Введите целевой процент перерегулирования в текстовое поле Overshoot.

    Система ссылки второго порядка имеет форму:

    Href=(1/τ)2s2+2(ζ/τ)s+(1/τ)2.

    Постоянная ζ демпфирования связана с процентом перерегулирования на ζ = cos(atan2(pi,-log(overshoot/100))).

  • Custom reference model

    Задайте ссылку систему для нужной переходной характеристики как динамическая система модель, такую как tf, zpk, или ss модель.

    Введите имя образца модели в MATLAB® рабочая область в LTI model to match текстовом поле. Кроме того, введите команду для создания подходящего образца модели, такой как tf(1,[1 1.414 1]).

    Образец модели должна быть стабильной и должна иметь коэффициент усиления постоянного тока 1 (нулевая установившаяся ошибка). Модель может быть непрерывной или дискретной. Если модель дискретна, она может включать задержки, которые обрабатываются как полюсы в z = 0.

    Образец модели может быть MIMO, при условии, что она квадратная и что ее сингулярное значение DC (sigma) равен 1. Затем количество входов и выходов образца модели должно совпадать с размерностями входов и выходов, заданных для цели переходной характеристики.

    Для достижения наилучших результатов образца модели должны также включать внутренние характеристики системы, такие как неминамические нули фазы (подрезы).

Если выбранные вами входы и выходы определяют систему MIMO и вы применяете опорную систему SISO, программное обеспечение пытается соответствовать диагональным каналам системы MIMO. В этом случае поперечные связи, как правило, минимизируются.

Опции

Используйте этот раздел диалогового окна, чтобы задать дополнительные характеристики цели переходной характеристики.

  • Keep % mismatch below

    Задайте относительную ошибку соответствия между фактической (настроенной) переходной характеристикой и целевой переходной характеристикой. Увеличьте это значение, чтобы ослабить соответствующий допуск. Относительная ошибка соответствия, erel, определяется как:

    erel=y(t)yref(t)21yref(t)2.

    y (t) - yref (t) является несоответствием отклика, а 1 - yref (t) является ошибкой пошагового отслеживания целевой модели.2 обозначает энергию сигнала (2-норма).

  • Adjust for step amplitude

    Для цели настройки MIMO, когда выбор модулей приводит к смешению малых и больших сигналов в разных каналах отклика, эта опция позволяет вам задать относительную амплитуду каждого входа в векторно значимом шаговом входе. Эта информация используется для масштабирования недиагональных членов в передаточной функции от ссылки до ошибки отслеживания. Это масштабирование гарантирует, что поперечные связи измеряются относительно амплитуды каждого опорного сигнала.

    Например, предположим, что цель настройки состоит в том, чтобы вывести 'y1' and 'y2' отслеживать опорные сигналы 'r1'and 'r2'. Предположим далее, что вы требуете, чтобы выходы отслеживали ссылки с менее чем 10% перекрестной связи. Если r1 и r2 имеют сопоставимые амплитуды, тогда этого достаточно, чтобы сохранить усиления от r1 на y2 и r2 и y1 ниже 0,1. Однако, если r1 в 100 раз больше r2, коэффициент усиления от r1 на y2 должно быть меньше 0,001, чтобы убедиться, что r1 изменяет y2 менее чем на 10% r2 цель. Чтобы гарантировать этот результат, установите Adjust for step amplitude равным Yes. Затем введите [100,1] в Amplitudes of step commands текстовом поле. Это говорит Control System Tuner принять во внимание, что первый опорный сигнал в 100 раз больше, чем второй опорный сигнал.

    Значение по умолчанию, No , означает, что масштабирование не применяется.

  • Apply goal to

    Используйте эту опцию при настройке нескольких моделей сразу, таких как массив моделей, полученных путем линеаризации модели Simulink в различных рабочих точках или значениях параметров блоков. По умолчанию активные цели настройки применяются для всех моделей. Чтобы применить требование настройки для подмножества моделей в массиве, выберите Only Models. Затем введите индексы массива моделей, для которых применяется цель. Например, предположим, что вы хотите применить цель настройки ко второй, третьей и четвертой моделям в массиве моделей. Чтобы ограничить применение требования, введите 2:4 в Only Models текстовом поле.

    Для получения дополнительной информации о настройке для нескольких моделей см. «Робастные подходы к настройке» (Robust Control Toolbox).

Алгоритмы

Когда вы настраиваете систему управления, программное обеспечение преобразует каждую цель настройки в нормализованное скалярное значение f (x). Здесь x является вектором свободных (настраиваемых) параметров в системе управления. Затем программа настраивает значения параметров, чтобы минимизировать f (x) или привести f (x) ниже 1, если цель настройки является жестким ограничением.

Для Step Response Goal f (x) определяется:

f(x)=1s(T(s,x)Href(s))2erel1s(Href(s)I)2.

T (s, x) - передаточная функция с обратной связью между заданными входами и выходами, рассчитанная со значениями параметров x. Href (s) является образцом модели. erel является относительной погрешностью (см. Опции ).2 обозначает H 2 норму (см norm).

Эта цель настройки также накладывает неявное ограничение устойчивости на передаточную функцию с обратной связью между заданными входами и выходами, оцениваемыми с циклами, открытыми в заданных местах открытия цикла. Динамика, на которую влияет это неявное ограничение, является stabilized dynamics для этой цели настройки. Опции Minimum decay rate и Maximum natural frequency настройки управляют нижней и верхней границами на этих неявно ограниченной динамике. Если оптимизация не соответствует границам по умолчанию или если границы по умолчанию конфликтуют с другими требованиями, на вкладке Tuning используйте Tuning Options, чтобы изменить значения по умолчанию.

Похожие темы