State-Feedback Controller

Контроллер обратной связи в дискретном времени с интегральным действием

Библиотека:
Simscape/Электрический/Управление/Общее управление

Описание

Блок State-Feedback Controller реализует контроллер обратной связи в дискретном времени с интегральным действием. Используйте этот блок для управления линейными системами с одним или несколькими входами и одним или несколькими выходами. Интегральное действие служит для устранения статической ошибки в управляемых выходах. Можно задать контроллер с помощью предварительно вычисленного оптимального усиления или использовать модель пространства состояний вашей системы, чтобы сгенерировать этот коэффициент усиления с помощью размещения полюса.

Уравнения

Интеграл ошибки отслеживания, _xi, является дополнительным состоянием, которое обеспечивает нулевую установившуюся ошибку для системы с обратной связью. Расширенный вектор состояния

$x_{e} = [\begin{matrix} x \\ x_{i} \end{matrix}],$

Где:

x - вектор состояния.
_xi является интегралом ошибки отслеживания.
_xe - расширенный вектор состояния.

Поэтому действие управления является

$u = K x_{e},$

Где:

K - матрица обратной связи, то есть размещение полюса.
u - контроллер выход.

Предположения

Измерение и оценка состояния системы происходят вне контроллера.

Порты

Вход

расширить все

`r` - Ссылка на объект
скаляр

Опорный сигнал системы объекта.

Типы данных: single | double

`x` - Вектор состояния
вектор

Измеренный или оцененный вектор состояния системы.

Типы данных: single | double

`Reset` - Сброс интегратора
скаляр

Внешний сигнал сброса (переднее ребро) для интегратора.

Типы данных: Boolean

`y` - Производительность объекта
скаляр

Выходной сигнал системы объекта.

Типы данных: single | double

Выход

расширить все

`u` - Контроллер выход
скаляр

Выходной сигнал системы управления.

Типы данных: single | double

Параметры

расширить все

`State-feedback design` - Генерация контроллера
`State-feedback gain` (по умолчанию) | `Desired eigenvalues`

Выберите стратегию для параметризации усиления контроллера:

State-feedback gain - Непосредственно задайте коэффициент усиления контроллера
Desired eigenvalues - Задайте модель объекта управления и желаемые собственные значения, из которых можно сгенерировать коэффициент усиления контроллера

`State-feedback parameterization` - Параметризация с обратной связью по состоянию
`Discrete-time` (по умолчанию) | `Continuous-time`

Выберите стратегию для параметризации матриц пространства состояний и желаемых полюсов для контроллера. Реализация блока дискретна независимо от этой параметризации.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback design равным Desired eigenvalues.

`Controller matrix` - Матрица контроллера
[1 1] (по умолчанию) | матрица

Матрица обратной связи контроллера. Чтобы определить матрицу контроллера, если у вас есть лицензия для Control System Toolbox™, используйте lqr или lqi функция.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback design равным State-feedback gain.

`Discrete-time A matrix` - Матрица за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Матрица состояний модели пространства состояний в дискретном времени. Матрица A должна быть квадратной, с количеством строк и столбцов, равным порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Discrete-time.

`Discrete-time B matrix` - матрица B за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Входная матрица модели пространства состояний в дискретном времени. Матрица B должна иметь количество строк, равное порядку системы, и количество столбцов, равное количеству системных входов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Discrete-time.

`Discrete-time C matrix` - матрица C за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Выходная матрица модели пространства состояний в дискретном времени. Матрица C должна иметь количество строк, равное количеству выходов системы, и количество столбцов, равное порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Discrete-time.

`Discrete-time D matrix` - D-матрица за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Исходная матрица модели пространства состояний в дискретном времени. D- матрицы должно иметь количество строк, равное количеству системных выходов, и количество столбцов, равное количеству системных входов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Discrete-time.

`Continuous-time A matrix` - Матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Матрица состояний модели пространства состояний в непрерывном времени. Матрица A должна быть квадратной, с количеством строк и столбцов, равным порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Continuous-time.

`Continuous-time B matrix` - B матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Входная матрица модели пространства состояний в непрерывном времени. Матрица B должна иметь количество строк, равное порядку системы, и количество столбцов, равное количеству системных входов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Continuous-time.

`Continuous-time C matrix` - матрица C за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Выходная матрица модели пространства состояний в непрерывном времени. Матрица C должна иметь количество строк, равное количеству выходов системы, и количество столбцов, равное порядку системы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Continuous-time.

`Continuous-time D matrix` - D-матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Исходная матрица модели пространства состояний в непрерывном времени. D- матрицы должно иметь количество строк, равное количеству системных выходов, и количество столбцов, равное количеству системных входов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Continuous-time.

`Discretization sample time` - Дискретизация шага расчета
0,1 (по умолчанию) | положительное вещественное число

Значение, используемое для дискретизации матриц пространства состояний, а также аппроксимации собственных значений в дискретном времени.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите State-feedback parameterization равным Continuous-time и Sample time (-1 for inherited) к -1.

`Desired eigenvalues (discrete)` - Собственные значения наблюдателя
0 (по умолчанию) | вектор действительных чисел

Укажите местоположение собственных значений, лежащих в модуль круге. Коэффициент усиления контроллера затем вычисляется на основе этих собственных значений. Размер вектора должен быть равен системному порядку плюс количество выходов.

`Control action upper limit` — _umax
`5` (по умолчанию) | скаляром больше, чем значение параметра Control action lower limit

Верхний предел для сигнала выхода управления.

`Control action lower limit` — _umin
`0` (по умолчанию) | скаляром

Нижний предел для сигнала выхода управления.

`Sample time (-1 for inherited)` - Интервал отбора проб
`-1` (по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Временной интервал между выборками. Если блок находится внутри триггируемой подсистемы, наследуйте шаг расчета, установив для этого параметра значение -1. Если этот блок находится в непрерывной модели с шагом переменных, задайте шаг расчета явно. Для получения дополнительной информации смотрите Что такой Шаг расчета? и задайте шаг расчета.

Примеры моделей

Управление состоянием синхронной машины - Пространство

Управляйте токами в тяговом приводе на основе синхронной машины (SM), используя управление пространством состояний. Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый двухквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает нагрузку. SM работает ниже номинальной скорости. В каждый момент выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие ссылки тока с помощью подхода управления осью нуля d-составляющей. Контроллер обратной связи состояния управляет токами в исходной системе координат ротора. Наблюдатель Luenberger получает зависящие от скорости условия предварительного контроля с feedforward. В симуляции используется несколько шагов крутящего момента как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Планирование задач реализовано как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема Возможностей содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

DC Motor Control (State-Feedback and Observer)

Управление двигателем постоянного тока (обратная связь и наблюдатель)

Структура управления скоростью с обратной связью для двигателя постоянного тока. Для питания двигателя постоянного тока используется управляемый ШИМ четырехквадрантный Chopper. Подсистема управления включает цикл управления с обратной связью состояний и генерацию ШИМ. Вектор состояния включает скорость ротора, которая измеряется, и ток двигателя постоянного тока, который оценивается с помощью наблюдателя. И наблюдатель, и контроллер обратной связи состояния синтезируются путем размещения полюса с помощью модели пространства состояний системы. Общее время симуляции (t) составляет 4 секунды. На t = 1,5 секунде крутящий момент нагрузки увеличивается. При t = 2,5 секунд задающей скорости изменяется с 1000 об/мин до 2000 об/мин.

Документация

State-Feedback Controller

Описание

Уравнения

Предположения

Порты

Вход

r - Ссылка на объект скаляр

x - Вектор состояния вектор

Reset - Сброс интегратора скаляр

y - Производительность объекта скаляр

Выход

u - Контроллер выход скаляр

Параметры

State-feedback design - Генерация контроллера State-feedback gain (по умолчанию) | Desired eigenvalues

State-feedback parameterization - Параметризация с обратной связью по состоянию Discrete-time (по умолчанию) | Continuous-time

Зависимости

Controller matrix - Матрица контроллера [1 1] (по умолчанию) | матрица

Зависимости

Discrete-time A matrix - Матрица за дискретное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time B matrix - матрица B за дискретное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time C matrix - матрица C за дискретное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discrete-time D matrix - D-матрица за дискретное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time A matrix - Матрица за непрерывное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time B matrix - B матрица за непрерывное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time C matrix - матрица C за непрерывное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Continuous-time D matrix - D-матрица за непрерывное время 1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

Зависимости

Discretization sample time - Дискретизация шага расчета 0,1 (по умолчанию) | положительное вещественное число

Зависимости

Desired eigenvalues (discrete) - Собственные значения наблюдателя 0 (по умолчанию) | вектор действительных чисел

Control action upper limit — umax 5 (по умолчанию) | скаляром больше, чем значение параметра Control action lower limit

Control action lower limit — umin 0 (по умолчанию) | скаляром

Sample time (-1 for inherited) - Интервал отбора проб -1 (по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Примеры моделей

Управление состоянием синхронной машины - Пространство

Управление двигателем постоянного тока (обратная связь и наблюдатель)

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Блоки

Simscape Electrical документация

Поддержка

`r` - Ссылка на объект
скаляр

`x` - Вектор состояния
вектор

`Reset` - Сброс интегратора
скаляр

`y` - Производительность объекта
скаляр

`u` - Контроллер выход
скаляр

`State-feedback design` - Генерация контроллера
`State-feedback gain` (по умолчанию) | `Desired eigenvalues`

`State-feedback parameterization` - Параметризация с обратной связью по состоянию
`Discrete-time` (по умолчанию) | `Continuous-time`

`Controller matrix` - Матрица контроллера
[1 1] (по умолчанию) | матрица

`Discrete-time A matrix` - Матрица за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time B matrix` - матрица B за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time C matrix` - матрица C за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discrete-time D matrix` - D-матрица за дискретное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time A matrix` - Матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time B matrix` - B матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time C matrix` - матрица C за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Continuous-time D matrix` - D-матрица за непрерывное время
1 (по умолчанию) | действительный скаляр или матрица

`Discretization sample time` - Дискретизация шага расчета
0,1 (по умолчанию) | положительное вещественное число

`Desired eigenvalues (discrete)` - Собственные значения наблюдателя
0 (по умолчанию) | вектор действительных чисел

`Control action upper limit` — _umax
`5` (по умолчанию) | скаляром больше, чем значение параметра Control action lower limit

`Control action lower limit` — _umin
`0` (по умолчанию) | скаляром

`Sample time (-1 for inherited)` - Интервал отбора проб
`-1` (по умолчанию) | значение по умолчанию или положительное число

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®