В этом примере показано, как использовать Model Linearizer для пакетной линеаризации Simulink® модель. Вы варьируете значения параметров модели и получаете несколько передаточных функций без разомкнутого контура и с обратной связью от модели.
The scdcascade модель, используемая в этом примере, содержит пару каскадных циклов управления с обратной связью. Каждый цикл включает в себя ПИ-контроллер. Модели объекта управления, G1 (внешний контур) и G2 (внутренний цикл), являются моделями LTI. В этом примере вы используете Model Linearizer, чтобы варьировать параметры ПИ-контроллера и анализировать динамику внутреннего цикла и внешнего контура.
В MATLAB® в командной строке откройте модель Simulink.
mdl = 'scdcascade';
open_system(mdl)Чтобы открыть Model Linearizer, в окне модели Simulink, в галерее Apps, нажмите Model Linearizer.
Чтобы проанализировать поведение внутреннего цикла, очень усиления внутреннего контура ПИ-контроллера, C2. Как можно увидеть при осмотре блока контроллера, пропорциональная составляющая является переменной Kp2, и интегральная составляющая Ki2. Исследуйте эффективность внутреннего цикла для двух различных значений каждого из этих усилений.
В раскрывающемся списке Parameter Variations нажмите
Select parameters to vary.
Откроется вкладка Parameter Variations.
нажмите Manage Parameters.
В диалоговом окне Выбрать переменные модели проверьте параметры, которые будут варьироваться Ki2 и Kp2.
Выбранные переменные появляются в таблице Parameter Variations. Каждый столбец таблицы соответствует одной из выбранных переменных. Каждая строка таблицы представляет одну (Ki2,Kp2) пара, при которой выполняется линеаризация. Эти комбинации значение параметров называются parameter samples. Когда вы линеаризируете, Model Linearizer вычисляет столько линейных моделей, сколько есть выборок параметров или строк в таблице.
Задайте выборки параметров, при которых можно линеаризировать модель. В данном примере задайте четыре (Ki2,Kp2) пар, (Ki2,Kp2) = (3,5,1), (3,5,2), (5,1) и (5,2). Введите эти значения в таблицу вручную. Для этого выберите строку в таблице. Затем дважды выберите Insert Row > Insert Row Below.
Отредактируйте значения в таблице как показано на рисунке, чтобы задать четыре (Ki2,Kp2) пар.
Совет
Для получения дополнительной информации о настройке значений параметров смотрите Задать Выборки параметра для пакетной линеаризации
Чтобы проанализировать эффективность внутреннего контура, извлеките передаточную функцию из входного сигнала внутреннего контура u1 на выход внутреннего объекта y2, вычисленный при разомкнутом внешнем контуре. Чтобы задать этот ввод-вывод для линеаризации, на вкладке Linear Analysis, в раскрывающемся списке Analysis I/Os, выберите Create New Linearization I/Os.
Задайте набор ввода-вывода путем создания:
Входная точка возмущения в u1
Точка измерения выхода в y2
Цикл, пропуск в e1
Назовите набор ввода-вывода путем ввода InnerLoop в Variable name поле диалогового окна создания набора ввода-вывода линеаризации. Диалоговое окно строения следующим образом.
Совет
Для получения дополнительной информации об указании операций ввода-вывода линеаризации см. Раздел «Задание фрагмента модели для линеаризации».
Нажмите OK.
Теперь, когда вы задали изменения параметра и набор ввода-вывода анализа для внутреннего цикла, линеаризируйте модель и исследуйте переходный процесс. Нажмите
Step.
Model Linearizer линеаризирует модель в каждой из выборок параметров, заданных в таблице Изменений параметра. Новая переменная, linsys1, появляется в разделе Рабочей области линейного анализа Браузера данных. Эта переменная является массивом состояний-пространств (ss) модели, по одной для каждого (Ki2,Kp2) пара. На график показаны переходные характеристики всех записей в linsys1. Этот график дает вам представление о области значений переходных характеристик системы в рабочих областях значений, охватываемой сеткой параметров.
Исследуйте общую эффективность каскадной системы управления на предмет изменения значений внешнего контура контроллера, C1. Для этого варьируйте коэффициенты Ki1 и Kp1, при сохранении Ki2 и Kp2 фиксируется на значениях, заданных в модели.
На вкладке Parameter Variations нажмите
Manage Parameters. Очистить Ki2 и Kp2 и проверяйте Ki1 и Kp1. Нажмите OK.
Используйте Model Linearizer, чтобы автоматически сгенерировать значения параметров. Нажмите
Generate Values. В Values столбце таблицы Generate Parameter Values введите выражение, определяющее возможные значения для каждого параметра. Для примера варьируйте Kp1 и Ki1 при ± 50% от их номинальных значений путем ввода выражений, как показано на рисунке.
Метод All Combinations сетки генерирует полную сетку параметров (Kp1,Ki1) пар, для вычисления линеаризации при всех возможных комбинациях заданных значений. Щелкните
Overwrite, чтобы заменить все значения в таблице Вариации параметра (Parameter Variations) сгенерированными значениями.
Поскольку необходимо изучить общую передаточную функцию системы с обратной связью, создайте новый набор ввода-вывода линеаризации. На вкладке Linear Analysis, в раскрывающемся списке Analysis I/Os, выберите Create New Linearization I/Os. Сконфигурируйте r как входная точка возмущения и выход системы y1m как выход измерение. Нажмите OK.
Линеаризируйте модель с изменениями параметров и исследуйте переходную характеристику получившихся моделей. Щелкните
Step, чтобы линеаризировать и сгенерировать новый график для нового массива моделей, linsys2.
График шага показывает отклики каждой модели в массиве. Этот график дает вам представление о области значений переходных характеристик системы в рабочих областях значений, охватываемой сеткой параметров.
Примечание
Несмотря на то, что новый график отражает новый набор изменений параметров, Step Plot 1 и linsys1 не изменяются. Этот график и массив все еще отражают линеаризации, полученные с изменениями параметра внутреннего цикла.
Результаты обеих пакетных линеаризаций, linsys1 и linsys2, являются массивами пространства состояний (ss) модели. Используйте эти массивы для последующего анализа любым из нескольких способов:
Создайте дополнительный анализ графики, такие как Диаграммы Боде или импульсная характеристика графики, как описано в Analyze Результатов Using Model Linearizer Графиков отклика.
Исследуйте отдельные ответы на графиках для анализа, как описано в Analyze Batch Linearization Results in Model Linearizer.
Перетащите массив из Рабочего пространства Линейного анализа в рабочее пространство MATLAB.
Затем можно использовать Control System Toolbox™ инструментов системы управления, таких как приложение Linear System Analyzer, для анализа результатов линеаризации. Или используйте инструменты системы управления System Toolbox, такие как pidtune или Control System Designer, для разработки контроллеров для линеаризованных систем.
Также см. «Валидация результатов пакетной линеаризации» для получения информации о проверке результатов линеаризации в рабочем пространстве MATLAB.