Этот пример показов, как улучшить версию модели разомкнутого контура двигателя, описанную в Моделирование Engine Timing Using Триггируемых подсистем. Эта модель, sldemo_enginewc, содержит систему с обратной связью и показывает гибкость и расширяемость моделей Simulink ®. В этой улучшенной модели цель контроллера состоит в том, чтобы регулировать скорость вращения двигателя с помощью быстрого привода дросселя, так что изменения крутящего момента нагрузки имеют минимальный эффект. Это легко достигается в Simulink путем добавления ПИ-контроллера в дискретном времени к модели двигателя.
Мы выбрали закон контроля, который использует пропорциональное плюс интегральное (PI) управление. Интегратор нужен, чтобы настроить установившийся дроссель, когда рабочая точка изменяется, и пропорциональный член компенсирует задержку фазы, введенную интегратором.
Уравнение 1
Нажмите кнопку «Play» на панели инструментов модели, чтобы запустить симуляцию.
Примечание. Модель регистрирует соответствующие данные в рабочем пространстве MATLAB в структуре под названием sldemo_enginewc_output. Зарегистрированные сигналы имеют синий индикатор. Подробнее о регистрации сигналов в справке Simulink.
Фигура 1: Модель двигателя с обратной связью и результаты симуляции
В этой модели мы используем контроллер дискретного времени, который подходит для реализации микропроцессора. Интегральный член в Уравнении 1 должен быть реализован с приближением дискретного времени. Как обычно в промышленности, выполнение контроллера синхронизируется с вращением коленчатого вала двигателя. Контроллер встроен в триггируемую подсистему, которая запускается сигналом синхронизации клапана, описанным выше.
Подробная конструкция подсистемы 'Контроллера' проиллюстрирована в Фигуру 2. Следует отметить использование блока 'ПИД-регулятор'. Этот блок реализует пропорционально-интегральную систему управления за дискретное время. Обратите внимание на настройку набора шагов расчета (внутренне) в -1. Это указывает, что блок наследует свой шаг расчета, в этом случае выполняя каждый раз, когда подсистема запускается. Ключевой компонент, который делает это триггируемой подсистемой, является блоком 'Trigger', показанным в нижней части фигуры 2. Любая подсистема может быть преобразована в триггируемую подсистему путем перетаскивания копии этого блока в схему подсистемы из библиотеки Simulink Connections.
Фигура 2: Подсистема контроллера скорости
Типичные результаты симуляции показаны на фигуре 3. Набор скоростей точки шагом от 2000 rpm на 3000 rpm при t = 5 sec. Нарушения порядка крутящего момента идентичны тем, которые используются в sldemo_engine, модель разомкнутого контура. Обратите внимание на быстрый переходный процесс с нулевой статической ошибкой. Несколько альтернативных настроек контроллера (Ki и Kp) показаны. Они могут быть скорректированы пользователем в командной строке MATLAB. Это позволяет инженеру понять относительные эффекты изменений параметра.
Фигура 3: Типичные результаты симуляции
Закройте модель. Очистить записанные данные.
Способность моделировать нелинейные, сложные системы, такие как описанная здесь модель двигателя, является одной из ключевых возможностей Simulink. Степень симуляции очевидна в представлении моделей выше. Simulink сохраняет верность модели, включая точно установленные по времени события всасывания гидроцилиндра, что является критическим при создании модели этого типа. Полная система регулировки скорости показывает гибкость Simulink. В частности, подходы моделирования Simulink позволяют быстро прототипировать контроллер скорости вращения двигателя с приводом от прерывания.
[1] P.R. Crossley and J.A. Cook, IEEE ® International Conference 'Control 91', Conference Publication 332, vol. 2, pp. 921-925, 25-28 March, 1991, Edinburgh, U.K.
[2] Модель Simulink. Разработано Кеном Баттсом, Ford Motor Company ®. Изменен Полом Барнардом, Тедом Лифельдом и Стэном Куинном, MathWorks ®, 1994-7.
[3] J. J. Moskwa and J. K. Hedrick, «Automotive Engine Modeling for Реальное Время Control Application», Proc.1987 ACC, pp. 341-346.
[4] B. K. Powell and J. A. Cook, «Нелинейное низкочастотное феноменологическое моделирование и анализ Engine», Proc. 1987 ACC, pp. 332-340.
[5] R. W. Weeks and J. J. Moskwa, «Automotive Engine Modeling for Real-Time Control Using Matlab/Simulink», 1995 SAE Intl. Конг. Бумага 950417.
