Проектируйте оптимизацию, чтобы соответствовать требованиям временной и частотной области (GUI)

Этот пример использует:

Этот пример показывает, как настроить контроллер, чтобы удовлетворить требования проект во временной и частотной областях с помощью Response Optimizer.

Для примера требуется Simulink ® Control Design™.

Модель управления продольным рейсом самолета

Откройте модель Simulink.

sys = 'sdoAircraft';
open_system(sys);

Модель самолета основана на Simulink slexAircraftExample модель. Модель включает в себя:

Подсистемы для моделирования динамики самолета (Aircraft Dynamics Model), порывы ветра (Dryden Wind Gust Models) и пилотные перегрузки (Pilot G-force calculation).

Изменение шага, приложенное к джойстику самолета на 1 секунду в симуляции, которое заставляет самолет наклоняться вверх.

Задача проектирования контроллера

Вы настраиваете коэффициент усиления контроллера, чтобы соответствовать следующим требованиям проект во временной и частотной областях:

Угол атаки alpha ответ на изменение шага в джойстике имеет время нарастания менее 1 секунды, менее 1% перерегулирования и устанавливается в пределах 1% от устойчивого состояния в течение менее 5 секунд

Цикл управления скоростью тангажа имеет хорошее отслеживание ниже 1 рад/с и 20 дБ отторжения шума выше 100 рад/с

Реакция замкнутого цикла от джойстика к G-силе управления ниже 0 дБ выше 5 рад/с.

Эти требования уменьшают высокие частоты усилия, испытываемые пилотом в ответ на изменения джойстика, сохраняя при этом рейсе эффективности.

Модель включает следующие блоки (из библиотек Simulink ® Design Optimization™ и Simulink Control Design Model Verification):

Alpha Response задает требование альфа- переходной характеристики.

Pitch Rate Loop задает требования к эффективности скорости тангажа.

Входы/выходные параметры линеаризации уже выбраны на вкладке «Линеаризация». Цикл скорости тангажа начинается с входа контроллера (сигнал ошибки контроллера) и заканчивается на выходе датчика скорости тангажа. Цикл угла атаки открыт таким образом, что блок вычисляет только характеристику цикла скорости тангажа. Линейная система вычисляется во времени симуляции 0.

Вкладка «Границы» задает следующие требования к форме цикла скорости тангажа:

Больше 20 дБ в области значений от 0,01 рад/с до 0,1 рад/с

Больше 0 дБ в области значений от 0,1 рад/с до 1 рад/с

Менее -20 дБ в области значений от 100 рад/с до 1000 рад/с

Pilot G Response задает требование G-силы.

Входы/выходные параметры линеаризации уже выбраны на вкладке «Линеаризация». Линейная система вычисляется во времени симуляции 0.

Вкладка «Границы» задает требования к G-силе менее 0 дБ в области значений 5 рад/с 100 рад/с.

Откройте Response Optimizer

Откройте Response Optimizer, чтобы сконфигурировать и запустить задачи оптимизации проектирования в интерактивном режиме. Щелкните Оптимизация отклика (Response Optimization) в диалоговом окне Block Parameters (Параметры блоков) Alpha Response, Pitch Rate Loop или Pilot G Response блок. Кроме того, введите sdotool('sdoAircraft'). Чтобы показать несколько графиков требований одновременно, используйте вкладку View в приложении.

Приложение обнаруживает требования, указанные в блоках Верификации модели, и автоматически включает их в качестве требований, удовлетворяющих.

Задайте конструктивные переменные

Задайте следующие параметры модели как конструктивные переменные для оптимизации:

Контроллер усиления Ki и Kf

Коэффициент усиления датчика скорости Kq

Коэффициент усиления альфа-датчика Ka

В раскрывающемся списке Проекта Переменных Set выберите New. Откроется диалоговое окно для выбора параметров модели для оптимизации.

Выберите Ki, Kf, Kq и Ka. Щелкните < <, чтобы добавить выбранные параметры в набор конструктивных переменных.

Задайте минимальное и максимальное значения усиления, Ki и Kf значения должны оставаться отрицательными, в то время как Ka и Kq должен оставаться положительным.

После ввода значений нажмите Enter.

Нажмите OK. Новая переменная DesignVars появляется в браузере Response Optimizer.

Оценка первоначального проекта

Нажмите Plot Model Response, чтобы симулировать модель и проверить, насколько хорошо исходный проект удовлетворяет требованиям проекта.

Графики указывают, что текущий проект не удовлетворяет требованию к G-силе пилота, и требование к альфа переходной характеристики перерегулированию нарушается.

Оптимизируйте проект

Создайте график, чтобы отобразить, как переменные контроллера изменяются во время оптимизации. В раскрывающемся списке Data To Plot выберите DesignVars, который содержит переменные проекта оптимизации Ki, Kf, Kq и Ka. В раскрывающемся списке «Добавить график» выберите «Итерационный график».

Нажмите «Оптимизировать».

Чтобы загрузить предварительно настроенный файл и запустить оптимизацию, нажмите Open на вкладке Response Optimization и выберите sdoAircraft_sdosession.mat. Кроме того, загрузите проект путем ввода:

> > загрузка sdoAircraft_sdosession

> > sdotool (SDOSessionData)

Окно прогресса оптимизации обновляется при каждой итерации и показывает, что оптимизация сходилась после 5 итераций.

The Alpha Response и Pilot G Response графики указывают, что проектные требования удовлетворены. The DesignVars график показывает, что коэффициент усиления контроллера сходится к новым значениям.

Чтобы просмотреть оптимизированные значения конструктивных переменных, нажмите DesignVars в браузере Response Optimizer. Оптимизированные значения конструктивных переменных автоматически обновляются в модели Simulink.

% Close the model
bdclose('sdoAircraft')

Документация