getIOTransfer

Передаточная функция для заданного набора ввода-вывода с использованием slLinearizer или slTuner интерфейс

Свернуть все на странице

Синтаксис

linsys = getIOTransfer(s,in,out)
linsys = getIOTransfer(s,in,out,temp_opening)
linsys = getIOTransfer(s,ios)
linsys = getIOTransfer(___,mdl_index)
[linsys,info] = getIOTransfer(___)

Описание

пример

linsys = getIOTransfer(s,in,out) возвращает передаточную функцию для заданных входов и выходов для модели, связанной с slLinearizer или slTuner интерфейс, s.

Программное обеспечение обеспечивает выполнение всех постоянных открытий, заданных для s когда вычисляет linsys. Для получения информации о том, как getIOTransfer лечит in и out, см. Передаточные функции. Если вы настроили s.Parameters, или s.OperatingPoints, или и то, и другое, getIOTransfer выполняет несколько линеаризаций и возвращает массив передаточных функций.

пример

linsys = getIOTransfer(s,in,out,temp_opening) рассматривает дополнительные, временные, отверстия в точке, заданной temp_opening. Используйте открытие, для примера, чтобы получить передаточную функцию контроллера последовательно с объектом с циклом обратной связи.

linsys = getIOTransfer(s,ios) возвращает передаточную функцию для входов и выходов, заданных ios для модели, связанной с s. Используйте linio команда для создания ios. Программное обеспечение применяет тип ввода-вывода линеаризации для каждого сигнала, заданного в ios когда вычисляет linsys. Программное обеспечение также обеспечивает выполнение всех постоянных открытий цикла, заданных для s.

пример

linsys = getIOTransfer(___,mdl_index) возвращает подмножество результатов пакетной линеаризации. mdl_index задает индекс интересующих линеаризаций в дополнение к любому из входных параметров в предыдущих синтаксисах.

Этот синтаксис используется для эффективной линеаризации, когда требуется получить передаточную функцию только для подмножества результатов пакетной линеаризации.

пример

[linsys,info] = getIOTransfer(___) возвращает дополнительную информацию линеаризации.

Примеры

свернуть все

Открыть скрипт

Получите передаточную функцию с обратной связью от опорного сигнала, r, на выход объекта, y, для ex_scd_simple_fdbk модель.

Откройте ex_scd_simple_fdbk модель.

mdl = 'ex_scd_simple_fdbk';
open_system(mdl);

В этой модели:

$$\begin{array}{l}
K(s) = {K_p} = 3\\
G(s) = \frac{1}{{s + 5}}
\end{array}$$

Создайте slLinearizer интерфейс для модели.

sllin = slLinearizer(mdl);

Чтобы получить передаточную функцию с обратной связью от опорного сигнала, r, на выход объекта, y, добавьте обе точки к sllin.

addPoint(sllin,{'r','y'});

Получите передаточную функцию с обратной связью от r на y.

sys = getIOTransfer(sllin,'r','y');
tf(sys)

ans =
 
  From input "r" to output "y":
    3
  -----
  s + 8
 
Continuous-time transfer function.

Программа добавляет вход линеаризации в r, dr, и выходной параметр линеаризации в y.

sys - передаточная функция от dr на y, что равно.$(I+GK)^{-1}GK$

Открыть скрипт

Получите передаточную функцию модели объекта управления, G, для ex_scd_simple_fdbk модель.

Откройте ex_scd_simple_fdbk модель.

mdl = 'ex_scd_simple_fdbk';
open_system(mdl);

В этой модели:

$$\begin{array}{l}
K(s) = {K_p} = 3\\
G(s) = \frac{1}{{s + 5}}.
\end{array}$$

Создайте slLinearizer интерфейс для модели.

sllin = slLinearizer(mdl);

Чтобы получить передаточную функцию модели объекта управления, используйте u как вход точка и y в качестве выходной точки. Чтобы исключить эффекты обратной связи, необходимо прервать цикл. Можно разбить цикл на u, e, или y. В данном примере разорвать цикл на u. Добавьте эти точки к sllin.

addPoint(sllin,{'u','y'});

Получите передаточную функцию модели объекта управления.

sys = getIOTransfer(sllin,'u','y','u');
tf(sys)

ans =
 
  From input "u" to output "y":
    1
  -----
  s + 5
 
Continuous-time transfer function.

Второй входной параметр задает u в качестве входов, в то время как четвертый входной аргумент задает u как временное открытие цикла.

sys - передаточная функция от du на y, что равно.$G$

Открыть скрипт

Предположим, вы пакетно линеаризируете scdcascade модель для нескольких передаточных функций. Для большинства линеаризаций вы варьируете пропорциональный (Kp2) и интегральная составляющая (Ki2) C2 контроллер в области значений 10%. В данном примере вычислите передаточную функцию разомкнутого контура для внутреннего цикла из e2 на y2, для максимального значения Kp2 и Ki2.

Откройте scdcascade модель.

mdl = 'scdcascade';
open_system(mdl);

Создайте slLinearizer интерфейс для модели.

sllin = slLinearizer(mdl);

Варьируйте пропорциональный (Kp2) и интегральная составляющая (Ki2) C2 контроллер в области значений 10%.

Kp2_range = linspace(0.9*Kp2,1.1*Kp2,3);
Ki2_range = linspace(0.9*Ki2,1.1*Ki2,5);

[Kp2_grid,Ki2_grid] = ndgrid(Kp2_range,Ki2_range);

params(1).Name = 'Kp2';
params(1).Value = Kp2_grid;

params(2).Name = 'Ki2';
params(2).Value = Ki2_grid;

sllin.Parameters = params;

Чтобы вычислить передаточную функцию без разомкнутого контура для внутреннего цикла, используйте e2 и y2 как точки анализа. Чтобы исключить эффекты внешнего контура, разорвите цикл на e2. Добавить e2 и y2 на sllin как точки анализа.

addPoint(sllin,{'e2','y2'})

Определите индекс для максимальных значений Ki2 и Kp2.

mdl_index = params(1).Value == max(Kp2_range) & params(2).Value == max(Ki2_range);

Получите передаточную функцию без разомкнутого контура от e2 на y2.

sys = getIOTransfer(sllin,'e2','y2','e2',mdl_index);
Открыть скрипт

Откройте модель Simulink.

mdl = 'scdcascade';
open_system(mdl)

Создайте набор опций линеаризации и установите StoreOffsets опция.

opt = linearizeOptions('StoreOffsets',true);

Создание slLinearizer интерфейс.

sllin = slLinearizer(mdl,opt);

Добавьте точки анализа, чтобы вычислить передаточную функцию с обратной связью.

addPoint(sllin,{'r','y1m'});

Вычислите входную/выходную передаточную функцию и получите соответствующие смещения линеаризации.

[sys,info] = getIOTransfer(sllin,'r','y1m');

Просмотр смещений.

info.Offsets

ans = 

  struct with fields:

             x: [6x1 double]
            dx: [6x1 double]
             u: 1
             y: 0
     StateName: {6x1 cell}
     InputName: {'r'}
    OutputName: {'y1m'}
            Ts: 0

Входные параметры

свернуть все

Интерфейс к модели Simulink, заданный как slLinearizer интерфейс или slTuner интерфейс.

Вход сигнала точки анализа, заданное как:

  • Вектор символов - Имя сигнала точки анализа.

    Чтобы определить имя сигнала, сопоставленного с точкой анализа, введите s. Программа отображает содержимое s в MATLAB® командное окно, включая имена сигналов точек анализа, имена блоков и номера портов. Предположим, что точка анализа имеет не имя сигнала, а только имя блока и номер порта. Можно задать in как имя блока. Чтобы использовать точку, не входящую в список точек анализа для s, сначала добавьте точку используя addPoint.

    Можно задать in как уникально совпадающий фрагмент полного имени сигнала или блока. Предположим, что полное имя сигнала точки анализа 'LoadTorque'. Можно задать in как 'Torque' пока 'Torque' не является фрагментом имени сигнала для любой другой точки анализа s.

    Для примера, in = 'y1m'.

  • Массив ячеек из символьных векторов или строковых массивов - задает несколько имен точек анализа. Для примера, in = {'y1m','y2m'}.

Выход сигнала точки анализа, заданное как:

  • Вектор символов - Имя сигнала точки анализа.

    Чтобы определить имя сигнала, сопоставленного с точкой анализа, введите s. Программа отображает содержимое s в командном окне MATLAB, включая имена сигналов точек анализа, имена блоков и номера портов. Предположим, что точка анализа имеет не имя сигнала, а только имя блока и номер порта. Можно задать out как имя блока. Чтобы использовать точку, не входящую в список точек анализа для s, сначала добавьте точку используя addPoint.

    Можно задать out как уникально совпадающий фрагмент полного имени сигнала или блока. Предположим, что полное имя сигнала точки анализа 'LoadTorque'. Можно задать out как 'Torque' пока 'Torque' не является фрагментом имени сигнала для любой другой точки анализа s.

    Для примера, out = 'y1m'.

  • Массив ячеек из символьных векторов или строковых массивов - задает несколько имен точек анализа. Для примера, out = {'y1m','y2m'}.

Имя временного сигнала открытия, заданное как:

  • Вектор символов - Имя сигнала точки анализа.

    temp_opening необходимо задать точку анализа, которая находится в списке точек анализа для s. Чтобы определить имя сигнала, сопоставленного с точкой анализа, введите s. Программа отображает содержимое s в командном окне MATLAB, включая имена сигналов точек анализа, имена блоков и номера портов. Предположим, что точка анализа имеет не имя сигнала, а только имя блока и номер порта. Можно задать temp_opening как имя блока. Чтобы использовать точку, не входящую в список точек анализа для s, сначала добавьте точку используя addPoint.

    Можно задать temp_opening как уникально совпадающий фрагмент полного имени сигнала или блока. Предположим, что полное имя сигнала точки анализа 'LoadTorque'. Можно задать temp_opening как 'Torque' пока 'Torque' не является фрагментом имени сигнала для любой другой точки анализа s.

    Для примера, temp_opening = 'y1m'.

  • Массив ячеек из символьных векторов или строковых массивов - задает несколько имен точек анализа. Для примера, temp_opening = {'y1m','y2m'}.

Операции линеаризации, созданные с помощью linio, заданный как объект ввода-вывода линеаризации.

ios должны задавать сигналы, которые находятся в списке точек анализа для s. Чтобы просмотреть список точек анализа, введите s. Чтобы использовать точку, которая не находится в списке точек анализа для sнеобходимо сначала добавить точку в список с помощью addPoint.

Для примера:

ios(1) = linio('scdcascade/setpoint',1,'input');
ios(2) = linio('scdcascade/Sum',1,'output');

Здесь, ios(1) задает вход, и ios(2) задает выход.

Индекс для интересующих линеаризаций, указанный как:

  • Массив логических значений - Логический индекс интересующих линеаризаций. Предположим, что вы варьируете два параметра, par1 и par2, и хотят извлечь линеаризацию для комбинации par1 > 0.5 и par2 <= 5. Использование:

    params = s.Parameters;
mdl_index = params(1).Value>0.5 & params(2).Value <= 5;

    Выражение params(1).Value>0.5 & params(2).Value<5 использует логическую индексацию и возвращает логический массив. Этот логический массив имеет тот же размер params(1).Value и params(2).Value. Каждая запись содержит логическую оценку выражения для соответствующих записей в params(1).Value и params(2).Value.

  • Вектор положительных целых чисел - Линейный индекс интересующих линеаризаций. Предположим, что вы варьируете два параметра, par1 и par2, и хотят извлечь линеаризацию для комбинации par1 > 0.5 и par2 <= 5. Использование:

    params = s.Parameters;
mdl_index = find(params(1).Value>0.5 & params(2).Value <= 5);

    Выражение params(1).Value>0.5 & params(2).Value<5 возвращает логический массив. find возвращает линейный индекс каждого истинного элемента в логическом массиве

Выходные аргументы

свернуть все

Передаточная функция для заданных операций ввода-вывода, возвращаемая следующим образом:

  • Если вы не конфигурировали s.Parameters и s.OperatingPointsпрограммное обеспечение вычисляет linsys использование значений параметров модели по умолчанию. Программа использует начальные условия модели в качестве рабочей точки линеаризации. linsys возвращается как модель пространства состояний.

  • Если вы настроили s.Parameters программа вычисляет линеаризацию только для каждой точки сетки параметра. linsys возвращается как массив моделей пространства состояний того же размера, что и сетка параметров.

  • Если вы настроили s.OperatingPoints программа вычисляет линеаризацию только для каждой заданной рабочей точки. linsys возвращается как массив моделей пространства состояний того же размера, что и s.OperatingPoints.

  • Если вы настроили s.Parameters и заданные s.OperatingPoints в качестве одной рабочей точки программное обеспечение вычисляет линеаризацию для каждой сетки параметра. Программа использует заданную рабочую точку в качестве рабочей точки линеаризации. linsys возвращается как массив моделей пространства состояний того же размера, что и сетка параметров.

  • Если вы настроили s.Parameters и заданные s.OperatingPoints как несколько объектов рабочей точки, программа вычисляет линеаризацию для каждой точки сетки параметра. Программное обеспечение требует, чтобы s.OperatingPoints - тот же размер, что и сетка параметров, заданная s.Parameters. Программа вычисляет каждую линеаризацию, используя соответствующие рабочие точки и параметрические точки сетки. linsys возвращается как массив моделей пространства состояний того же размера, что и сетка параметров.

  • Если вы настроили s.Parameters и заданные s.OperatingPoints как несколько раз моментального снимка симуляции, программное обеспечение моделирует и линеаризирует модель для каждого времени моментального снимка и комбинации сетки точки параметра. Предположим, что вы задаете сетку параметров размера p и N время создания снимка. linsys возвращается как массив моделей пространства состояний размера N-by- p.

Информация о линеаризации, возвращенная как структура со следующими полями:

Смещения линеаризации, возвращенные как [] если s.Options.StoreOffsets является false. В противном случае Offsets возвращается следующим образом:

  • Если linsys является одной моделью пространства состояний, тогда Offsets является структурой.

  • Если linsys - массив моделей пространства состояний, затем Offsets - массив структур с теми же размерностями, что и linsys.

Каждая структура смещения имеет следующие поля:

ОбластьОписание
xСмещения состояний, используемые для линеаризации, возвращаются как вектор-столбец длины nx, где nx - количество состояний в linsys.
yВыходные смещения, используемые для линеаризации, возвращаются как вектор-столбец длины ny, где ny - количество выходов в linsys.
uВходные смещения, используемые для линеаризации, возвращаются как вектор-столбец длины nu, где nu - количество входов в linsys.
dxПроизводные смещения для систем непрерывного времени или обновленных значений состояний для систем дискретного времени, возвращенная как вектор-столбец nx длины.
StateNameИмена состояний, возвращенные как массив ячеек, содержащий nx элементов, которые совпадают с именами в linsys.StateName.
InputNameВходные имена, возвращенные как массив ячеек, содержащий nu элементов, которые совпадают с именами в linsys.InputName.
OutputNameВыходные имена, возвращенные как массив ячеек, содержащий ny элементов, которые совпадают с именами в linsys.OutputName.
TsШаг расчета линеаризованной системы, возвращенная как скаляр, который совпадает со шагом расчета в linsys.Ts. Для систем в непрерывном времени, Ts является 0.

Если Offsets является массивом структур, можно сконфигурировать блок LPV System с помощью смещений. Для этого сначала преобразуйте их в необходимый формат с помощью getOffsetsForLPV. Для получения примера смотрите Аппроксимацию нелинейного поведения с использованием массива систем LTI.

Диагностическая информация линеаризации, возвращенная следующим [] если s.Options.StoreAdvisor является false. В противном случае Advisor возвращается следующим образом:

  • Если linsys является одной моделью пространства состояний, Advisor является LinearizationAdvisor объект.

  • Если linsys - массив моделей пространства состояний, Advisor является массивом LinearizationAdvisor объекты с такими же размерностями, как и linsys.

LinearizationAdvisor объекты хранят диагностическую информацию линеаризации для отдельных линеаризированных блоков. Для примера диагностики результатов линеаризации с помощью LinearizationAdvisor , см. Поиск и устранение проблем с результатами линеаризации в командной строке.

Подробнее о

свернуть все

Передаточные функции

A transfer function является откликом системы LTI в выходной точке линеаризации на вход линеаризации. Вы выполняете линейный анализ передаточных функций, чтобы понять стабильность, характеристики временной области или характеристики частотного диапазона системы.

Можно вычислить несколько передаточных функций для заданного блока. Рассмотрим ex_scd_simple_fdbk модель:

Можно вычислить передаточную функцию из входного сигнала ссылки в сигнал выхода объекта. The reference input (также упоминается как setpoint), r, берёт начало в блоке Reference, и plant output, y, берёт начало в блоке G. Эта передаточная функция также называется передаточной функцией overall closed-loop. Чтобы вычислить эту передаточную функцию, программное обеспечение добавляет вход линеаризации в r, dr, и выходной параметр линеаризации в y.

Программа вычисляет общую передаточную функцию замкнутой системы как передаточную функцию от dr на y, что равно (I + G K)-1<reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0>.

Заметьте, что передаточная функция от r на y равен передаточной функции от dr на y.

Можно вычислить plant transfer function из исходных данных объекта входа, u, на выход объекта, y. Чтобы изолировать динамику объекта от эффектов цикла обратной связи, введите пропуск цикла (или opening) при y, e, или, как показано, в u.

Программа разрывает цикл и добавляет вход линеаризации, du, в u, и выходной параметр линеаризации в y. Передаточная функция объекта равна передаточной функции от du на y, что G.

Точно так же, чтобы получить controller transfer function, вычислите передаточную функцию от входа контроллера, e, на контроллер выход, u. Разорвать цикл обратной связи на y, e, или u.

Вы можете использовать getIOTransfer для получения различных передаточных функций без разомкнутого контура и с обратной связью. Чтобы сконфигурировать передаточную функцию, задайте точки анализа как входы, выходы и открытия (временные или постоянные) в любой комбинации. Программа обрабатывает каждую комбинацию уникально. Рассмотрим следующий код, который показывает несколько различных способов, которые вы можете использовать точку анализа, uдля получения передаточной функции:

sllin = slLinearizer('ex_scd_simple_fdbk')

addPoint(sllin,{'u','e','y'})

T0 = getIOTransfer(sllin,'e','y','u');
T1 = getIOTransfer(sllin,'u','y');
T2 = getIOTransfer(sllin,'u','y','u');
T3 = getIOTransfer(sllin,'y','u');
T4 = getIOTransfer(sllin,'y','u','u');
T5 = getIOTransfer(sllin,'u','u'); 
T6 = getIOTransfer(sllin,'u','u','u');

В T0, u задает пропуск цикла. В T1, u задает только вход, тогда как в T2, u задает вход и проем, также называемые open-loop input. В T3, u задает только выход, тогда как в T4, u задает выход и открытие, также называемые open-loop output. В T5, u задает вход и выход, также называемые complementary sensitivity point. В T6, u задает вход, выход и открытие, также называемые loop transfer point. Таблица описывает, как getIOTransfer рассматривает точки анализа с акцентом на различные виды использования u.

u Задает...Как getIOTransfer Обрабатывает точки анализаПередаточная функция

Цикл пропуска

Пример кода:

T0 = getIOTransfer(sllin,'e','y','u')

Программное обеспечение останавливает поток сигналов на u, добавляет вход линеаризации, de, в e, и выходной параметр линеаризации в y.

y=G0→y=0︸T0

Вход

Пример кода:

T1 = getIOTransfer(sllin,'u','y')

Программное обеспечение добавляет вход линеаризации, du, в u, и выходной параметр линеаризации в y.

y=G(du−Ky)→y=Gdu−GKy→(I+GK)y=Gdu→y=(I+GK)−1G︸T1du

Разомкнутый контур

Пример кода:

T2 = getIOTransfer(sllin,'u','y','u')

Программа ломает поток сигналов и добавляет вход линеаризации, du, в u, и выходной параметр линеаризации в y.

y=G(du+0)→y=G︸T2du

Выход

Пример кода:

T3 = getIOTransfer(sllin,'y','u')

Программное обеспечение добавляет вход линеаризации, dy, в y и выходной сигнал линеаризации в u.

u=−K(dy+Gu)→u=−Kdy−KGu→(I+KG)u=−Kdy→u=−(I+KG)−1K︸T3dy

Выходные данные разомкнутого контура

Пример кода:

T4 = getIOTransfer(sllin,'y','u','u')

Программное обеспечение добавляет вход линеаризации, dy, в y и добавляет выход линеаризации и нарушает поток сигналов при u.

u=−K(dy+G0)→u=−K︸T4dy

Дополнительная точка чувствительности

Пример кода:

T5 = getIOTransfer(sllin,'u','u')

Совет

Вы также можете получить дополнительную функцию чувствительности, используя getCompSensitivity.

Программное обеспечение добавляет выход линеаризации и вход линеаризации, du, в u.

u=−KG(du+u)→u=−KGdu−KGu→(I+KG)u=−KGdu→u=−(I+KG)−1KG︸T5du

Точка передаточной функции цикла

Пример кода:

T6 = getIOTransfer(sllin,'u','u','u')

Совет

Можно также получить функцию переноса цикла с помощью getLoopTransfer.

Программа добавляет выход линеаризации, разрывает цикл и добавляет вход линеаризации, du, в u.

u=−KG(du+0)→u=−KG︸T6du

Программа не изменяет модель Simulink, когда вычисляет передаточную функцию.

Точки анализа

Analysis points, используемая slLinearizer и slTuner интерфейсов, идентифицируйте местоположения в модели, которые релевантны для линейного анализа и настройки системы управления. Вы используете точки анализа как входы для команд линеаризации, таких как getIOTransfer, getLoopTransfer, getSensitivity, и getCompSensitivity. В качестве входов команд линеаризации точки анализа могут задать любую передаточную функцию без разомкнутого контура или с обратной связью в модели. Можно также использовать точки анализа, чтобы задать требования проекта при настройке систем управления с помощью таких команд, как systune.

Location относится к конкретному блоку выхода порту в модели или к элементу шины в таком выходе порте. Для удобства можно использовать имя сигнала, который поступает от этого порта, для обращения к точке анализа.

Можно добавить точки анализа в slLinearizer или slTuner интерфейс, s, при создании интерфейса. Для примера:

s = slLinearizer('scdcascade',{'u1','y1'});

Кроме того, можно использовать addPoint команда.

Чтобы просмотреть все точки анализа s, тип s в командной строке для отображения содержимого интерфейса. Для каждой точки анализа sотображение включает имя блока и номер порта и имя сигнала, который генерируется в этой точке. Вы также можете программно получить список всех точек анализа, используя getPoints.

Для получения дополнительной информации о том, как можно использовать точки анализа, см. «Маркируйте интересующие сигналы для анализа и проекта системы управления» и «Маркируйте интересующие сигналы для пакетной линеаризации».

Постоянные открытия

Permanent openings, используемая slLinearizer и slTuner интерфейсов, идентифицируйте местоположения в модели, где программное обеспечение нарушает поток сигналов. Программное обеспечение обеспечивает эти открытия для линеаризации и настройки. Используйте постоянные отверстия, чтобы изолировать определенный компонент модели. Предположим, что у вас есть крупномасштабная модель, захватывающая динамику самолета, и вы хотите выполнить линейный анализ только для планера. Можно использовать постоянные отверстия, чтобы исключить все другие компоненты модели. Другой пример - когда у вас есть каскадные циклы в модели и вы хотите анализировать определенный цикл.

Location относится к определенному блоку выхода порту в модели. Для удобства можно использовать имя сигнала, который поступает от этого порта, для ссылки на открытие.

Вы можете добавить постоянные отверстия к slLinearizer или slTuner интерфейс, s, когда вы создаете интерфейс или при помощи addOpening команда. Чтобы удалить местоположение из списка постоянных проемов, используйте removeOpening команда.

Просмотр всех открытий s, тип s в командной строке для отображения содержимого интерфейса. Для каждого постоянного открытия sотображение включает имя блока и номер порта и имя сигнала, который инициируется в этом месте. Можно также программно получить список всех открытий постоянного цикла, используя getOpenings.

См. также

| | | | | |

Темы

Введенный в R2013b

Документация Simulink Control Design

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте