Цель взвешенного отклонения
Цель
Взвешенный по частоте предел влияния шума на заданные выходные сигналы для настройки с Control System Tuner.
Описание
Цель взвешенного отклонения ограничивает влияние шума на выходные параметры частотно-взвешенной передаточной функции WL (s) H (s) WR (s), где H (s) является передаточной функцией между входами и выходами, которые вы задаете. WL (s) и WR (s) являются взвешивающими функциями, которые можно использовать для моделирования шумового спектра или подчеркивания конкретных полос. Таким образом, можно использовать Weighted Отклонения Goal, чтобы настроить отклик системы на стохастические входы с неоднородным спектром, таким как цветной шум или порывы ветра .
Взвешенное Отклонение минимизирует реакцию на шум на входах путем минимизации H 2 нормы частотно-взвешенной передаточной функции. Меры H 2 нормы :
Общая энергия импульсной характеристики для детерминированных входов в передаточную функцию.
Квадратный корень выходного отклонения для входного сигнала белого шума с единичной дисперсией, для стохастических входов в передаточную функцию. Эквивалентно, H 2 норма измеряет средний корень-квадрат выхода для такого входа.
Создание
На вкладке Tuning Control System Tuner выберите New Goal > Frequency-weighted variance attenuation, чтобы создать Цель Взвешенного Отклонения.
Эквивалентный код командной строки
При настройке систем управления в командной строке используйте TuningGoal.WeightedVariance для задания цели взвешенного усиления.
Выбор переноса ввода-вывода
Используйте этот раздел диалогового окна, чтобы задать местоположения входных параметров шума и выходы отклика. Также задайте любые местоположения, в которых можно открыть контуры для оценки цели настройки.
Specify stochastic inputs
Выберите одно или несколько местоположений сигнала в модели в качестве входных входов шума. Чтобы ограничить ответ SISO, выберите однозначный входной сигнал. Например, чтобы ограничить коэффициент усиления из местоположения с именем
'u'в местоположение с именем'y', нажмите
Add signal to list и выберите 'u'. Чтобы ограничить усиление шума MIMO-отклика, выберите несколько сигналов или векторный сигнал.Specify stochastic outputs
Выберите одно или несколько местоположений сигнала в модели в качестве выходов для вычисления отклика на шумовые входы. Чтобы ограничить ответ SISO, выберите однозначный выходной сигнал. Например, чтобы ограничить коэффициент усиления из местоположения с именем
'u'в местоположение с именем'y', нажмите Add signal to list и выберите 'y'. Чтобы ограничить усиление шума MIMO-отклика, выберите несколько сигналов или векторный сигнал.Compute output variance 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.
Веса
Используйте Left weight WL и Right weight WR текстовые поля, чтобы задать функции взвешивания частот для цели настройки.
WL обеспечивает взвешивание для каналов выхода H (s), а WR обеспечивает взвешивание для каналов входа .
Можно задать скалярные веса или частотно-зависимое взвешивание. Чтобы задать частотно-зависимое взвешивание, используйте числовую модель LTI, величина которой представляет желаемое взвешивание как функцию от частоты. Для примера введите tf(1,[1 0.01]) задать высокий вес на низких частотах, который скатывается выше 0,01 рад/с. Чтобы ограничить ответ на неоднородное шумовое распределение, введите как WR модель LTI, величина которой представляет шумовой спектр.
Если цель настройки ограничивает передаточную функцию MIMO, скалярные или SISO взвешивания автоматически расширяются до любой входной или выходной размерности. Можно задать различные веса для каждого канала путем определения функций взвешивания MIMO. Размерности H (s) должна быть соизмерима с размерностями WL и WR. Для примера, если ограниченная передаточная функция имеет два входов, можно задать diag([1 10]) как WR.
Если вы настраиваете в дискретном времени, можно задать функции взвешивания как модели в дискретном времени с тем же временем дискретизации, как вы используете для настройки. Если вы задаете функции взвешивания за непрерывное время, программа настройки дискретизирует их. Установка функций взвешивания в дискретном времени дает вам больше контроля над функциями взвешивания вблизи частоты Найквиста.
Опции
Этот раздел диалогового окна используется для определения дополнительных характеристик цели взвешенного отклонения.
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
2:4в Only Models текстовом поле.Для получения дополнительной информации о настройке для нескольких моделей см. «Робастные подходы к настройке» (Robust Control Toolbox).
Совет
Когда вы используете это требование для настройки системы управления, Control System Tuner пытается применить нулевое сквозное соединение (D = 0) при переносе, который ограничивает потребность. Нуль сквозного соединения накладывается, потому что H 2 норма, и, следовательно, значение цели настройки (см. Алгоритмы), бесконечно для систем непрерывного времени с ненулевым сквозным соединением .
Control System Tuner обеспечивает нулевое сквозное соединение путем фиксации к нулю всех настраиваемых параметров, которые способствуют передаточному термину. Control System Tuner возвращает ошибку, когда исправление этих настраиваемых параметров недостаточно для обеспечения нулевого сквозного соединения. В таких случаях необходимо изменить требование или структуру управления или вручную зафиксировать некоторые настраиваемые параметры своей системы к значениям, которые устраняют срок подачи.
Когда ограниченная передаточная функция имеет несколько настраиваемых блоков последовательно, подход программного обеспечения к обнулению всех параметров, которые способствуют общему сквозному соединению, может быть консервативным. В этом случае достаточно обнулить срок подачи одного из блоков. Если вы хотите контролировать, какой блок имеет сквозное соединение, фиксированный к нулю, можно вручную исправить сквозное соединение настраиваемого блока по своему выбору.
Чтобы исправить параметры настраиваемых блоков к заданным значениям, смотрите Просмотр и Изменение Параметризации Блоков в Control System Tuner.
Эта цель настройки также накладывает неявное ограничение устойчивости на взвешенную передаточную функцию замкнутого цикла 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.
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 Weighted Variance Goal f (x) определяется:
H (s, x) - передаточная функция с обратной связью между заданными входами и выходами, рассчитанная со значениями параметров x. обозначает H 2 норму (см norm).
Для настройки систем управления в дискретном времени f (x) определяется:
Ts является шагом расчета передаточной функции в дискретном времени H (z, x).