Рабочей точкой системы является динамическое строение, которая удовлетворяет требованиям проекта и использования, называемым эксплуатационными спецификациями. Можно выразить такие рабочие спецификации, как требования к состоянию системы x и входам u. Не всегда возможно найти динамическое состояние, удовлетворяющее всем рабочим условиям. Кроме того, система может иметь несколько рабочих точек, удовлетворяющих одним и тем же требованиям.
Рабочие точки необходимы для разработки и реализации системных контроллеров. Можно оптимизировать систему в рабочей точке для эффективности, устойчивости, безопасности и надежности.
Самый важный и распространенный тип рабочей точки является устойчивым состоянием, где некоторые или все динамические переменные системы являются постоянными.
Важным мотивом для нахождения рабочих точек является линеаризация, которая определяет отклик системы на небольшие нарушения порядка в рабочей точке. Результаты линеаризации влияют на проект контроллеров обратной связи, чтобы управлять динамическим поведением вблизи рабочей точки. Полный анализ линеаризации требует одного или нескольких системных выходов, y, в дополнение к входам.
См. «Линеаризация в рабочей точке».
Пилот, летающий на самолете, хочет найти для заданного окружения состояние двигателя самолета и поверхностей управления, которое создает рейса уровня, постоянной скорости и постоянной высоты относительно земли. Требования «уровень», «постоянная скорость», «постоянная высота» и «относительно земли» составляют рабочие спецификации. Эта рабочая точка является устойчивым состоянием скорости, высоты и ориентации самолета в пространстве.
У вас есть ряд способов найти рабочую точку в модели Simscape™. Можно вводить рабочие спецификации и изолировать рабочие точки с помощью Simscape и Simulink® функции.
Совет
Чтобы найти устойчивое состояние, статический решатель Simscape является наиболее прямым методом. Для комплексного набора инструментов рабочей точки и линеаризации рекомендуется использовать программное обеспечение Simulink Control Design™.
Чтобы анализировать рабочие точки, вы работаете с полным вектором состояний вашей модели, который содержит:
Компоненты Simulink, которые могут быть непрерывными или дискретными.
Компоненты Simscape, которые являются непрерывными.
Любой метод, который вы решите найти рабочую точку, если вы хотите использовать его для линеаризации, необходимо сохранить информацию о рабочей точке в виде объекта рабочей точки, времени симуляции t 0 или вектора состояния x 0 и входного вектора u 0.
Использование Simulink Control Design методов для поиска рабочих точек
Использование источников для поиска не рекомендуемых рабочих точек
Функции Simulink trim Функция, не поддерживаемая моделями Simscape
Одним из способов идентифицировать рабочие точки является моделирование вашей модели и просмотр ее x состояния и вывода y как временных рядов.
В вашей модели Simscape настройте выходы датчика для выходных выходов блоков, которые вы хотите наблюдать.
Соедините блоки Scope, блоки To Workspace или оба с выходами блока Simscape, чтобы наблюдать и записать поведение симуляции.
На панели Data Import/Export настроек параметров конфигурации модели установите флажки Time, States и Output, чтобы записать эту информацию о симуляции в рабочую область.
Программное обеспечение Simscape предоставляет два рабочих процессов для инициализации физической модели. Первые решения для устойчивого состояния, где все дифференциальные переменные имеют нулевую производную. Используя этот подход, можно искать несколько устойчивых состояний с помощью статического решателя путем изменения входов модели, параметров и начальных условий. Второй подход состоит в том, чтобы непосредственно задать начальные условия путем определения приоритета инициализации и целевых объектов для основных переменных. Для получения дополнительной информации об этом подходе см. Раздел «Инициализация переменной».
Чтобы использовать первый подход, включите статический решатель:
В каждой, некоторых или всех физических сетях в вашей модели Simscape откройте блок Solver Configuration.
В каждом диалоговом окне блока установите флажок Start simulation from steady state.
В настройках параметров конфигурации модели на панели Data Import/Export установите флажок States, чтобы записать временные ряды значений x в рабочей рабочей области.
Если у вас также есть входные сигналы, u в модели, можно захватить эти входы, соединяя блоки To Workspace с входом Сигнала Simulink линиями.
Закройте эти диалоговые окна и запустите симуляцию.
Первый вектор значений x (t=0), который вы захватываете во время симуляции, отражает установившееся x 0, которое идентифицировал решатель Simscape.
Совет
Нахождение начального устойчивого состояния является частью последовательности nondefault Simscape симуляции. См. «Расчеты начальных условий».
Можно упростить начальное установившийся расчет путем установки времени симуляции на 0. Симуляция затем решает только один временной шаг (начальный момент времени) и возвращает один вектор состояния x (t=0).
Можно использовать программное обеспечение Simulink Control Design для поиска рабочих точек для моделей с компонентами Simscape. Simulink Control Design предоставляет как командный, так и графический интерфейсы для нахождения и анализа рабочих точек.
Для получения дополнительной информации смотрите Найти статические рабочие точки для моделей Simscape (Simulink Control Design).
Можно наложить рабочую спецификацию на часть модели Simscape, вставив исходные блоки из библиотеки Simscape Foundation Library. Они накладывают заданные значения системных переменных в частях модели. Можно моделировать и сохранять вектор состояния.
Однако вы не можете получить рабочую точку для исходной системы (без исходных блоков), сохраняя значения состояний из модели и затем удаляя исходные блоки. В целом количество, порядок и тождества компонентов состояния изменяются после добавления и удаления блоков Simscape в модели.
trim Функция, не поддерживаемая моделями SimscapeSimulink trim функция не поддерживается для моделей, содержащих компоненты Simscape.