В этом примере показано, как использовать Simulink ® Design Optimization™ для настройки компенсатора в модели Simulink. Вы добавите требования к эффективности для дальнейшей доработки и оптимизации первоначального проекта компенсатора, выполненного с Simulink ® Control Design™ (см. Раздел «Обратная связь с одним Циклом предфильтрового компенсатора (Simulink Control Design)»).
С помощью Simulink Design Optimization можно графически задать проект и эффективность требования к системе путем позиционирования границ на графиках отклика, таких как Bode, Nichols, Pole/Zero, Step или Impulse. Затем, используя основанные на оптимизации методы, можно автоматически настроить элементы компенсатора, чтобы удовлетворить требования проекта. Элементы компенсатора, которые настраиваются посредством основанной на оптимизации настройки, включают усиления, полюсы и нули.
Требуется Simulink ® Control Design™.
Откройте модель с помощью команды ниже и дважды щелкните по оранжевому блоку, чтобы запустить приложение Control System Designer.
speedctrl_demo
Этот пример проектирует один цикл обратной связи для регулирования скорости двигателя. Предварительный проект ПИ-контроллера был создан с использованием Simulink Control Design (см. Single Цикла Feedback/Prefilter Compensator Design (Simulink Control Design)) и используется в качестве начальной точки для дальнейшей доработки проекта с помощью оптимизации отклика. Этот пример настроит контроллер, чтобы удовлетворить следующим спецификациям эффективности во временной и частотной областях:
Требование 1. Нижний предел амплитуды на выходе переходной характеристики -0,1 и 3-секундное время нарастания, достигающий 95% от значения заданной точки.
Требование 2. Максимальное перерегулирование 1% для модуля переходной характеристики от Speed Reference на Speed Output.
Требование 3. Минимальный коэффициент усиления цикла 10db на частоте области значений 1e-4 до 1 рад/с, чтобы гарантировать хороший выход подавления помех и отслеживания уставки на этой частотной области значений.
Требование 4. Максимальное усиление цикла -10db в частотной области значений от 10 до 1e4 рад/с для обеспечения адекватного отторжения шума высокой частоты и вместе с требованиями низкой частоты для обеспечения полосы пропускания цикла между 1 и 10 рад/с.
Оптимизация временных и частотных характеристик интегрирована в приложение Control System Designer. На вкладке Control System, в раскрывающемся списке Tuning Methods, выберите Optimization Based Tuning.
Первым шагом в конфигурировании оптимизации является выбор элементов компенсатора для настройки. В данном примере выберите Gain и Real Zero ПИД-регулятора; Фильтр ссылки не настроен.
Следующим шагом является создание проекта требований, которые должна удовлетворять оптимизация. Проекты требования визуализированы на отклик системы графиках. Можно добавить графики отклика с помощью раскрывающихся списков Графическая настройка или Новый график в приложении Control System Designer. Пример «Начало работы с Control System Designer» показывает, как использовать Control System Designer.
Существует два способа добавить требования: можно добавить их с помощью кнопки Добавить новое проектное требование (Add new design requirements) на вкладке Требования проект (Design Requirements) в окне Оптимизация отклика (Response Optimization) или щелчком правой кнопкой мыши на графике отклика и выбором Требования к проектированию- > Создать (New).
Чтобы добавить Требование 1, чтобы ограничить нижнюю амплитуду выхода, полученного из шагового входа,
1. Щелкните правой кнопкой мыши по нижнему графику отклика и выберите «Требования проект- > Создать».
2. Задайте нижний предел -0,1 в области значений времени от 0 до 5 секунд.
Это создает нижний предел амплитуды на переходный процесс, как показано на следующем рисунке.
Чтобы добавить требование времени нарастания к переходной характеристике, можно графически манипулировать требованием более низкой амплитуды на переходный процесс.
1. Щелкните правой кнопкой мыши требование нижнего предела амплитуды и выберите «Разделить», чтобы разделить сегмент на две части.
2. Щелкните правой кнопкой мыши второй сегмент требования и выберите Extend to inf, чтобы расширить его до бесконечности.
3. Щелкните правой кнопкой мыши второй сегмент требования, выберите пункт Править (Edit) и установите значения для представления времени нарастания на 95% в 3 секунды.
Также можно оставить нажатие кнопки второго сегмента требования и перетащить его в положение.
Затем добавьте Требование 2 для максимального перерегулирования в переходный процесс. Ограничения во временной области на переходном процессе показаны на следующем рисунке.
На график показан нижний предел амплитуды -0,1, максимальный перерегулирование и 95% от значения модуля переходной характеристики 1,01 и 0,95 соответственно.
Чтобы добавить Требование 3 для минимального усиления цикла,
1. Щелкните Добавить новое требование к проектированию на вкладке Требования к проектированию (Design Requirements) окна Оптимизация отклика (Response Optimization
2. Задайте нижний предел величины Bode для разомкнутого контура равным 10db на частоте области значений 1e-4 до 1 рад/с.
Это создает ограничение минимального усиления цикла на графике величины Бода, как показано на следующем рисунке.
Добавьте Требование 4 для максимального усиления цикла к графику величины Бода, чтобы удовлетворить общим спецификациям проекта. График величины Бода показывает минимальное и максимальное усиление цикла в заданной частотной области значений.
Выберите требования проекта для оптимизации на вкладке «Требования к проекту». После выбора требований появится таблица Требования к проектированию (Design Requirements), показанная ниже.
После определения требований проекта и выбора элементов компенсатора для настройки, оптимизация готова к выполнению. Выберите вкладку Оптимизация и нажмите кнопку Начать Оптимизацию. Во время оптимизации обновление графики отклика и численные данные прогресса отображается на вкладке Оптимизация.
Можно проверить, насколько хорошо оптимизированная конструкция соответствует заданным требованиям проекта, просматривая оптимизированные отклики (показаны ниже).
Чтобы проверить проект компенсатора на полной нелинейной модели Simulink, вернитесь к Control System Designer и нажмите кнопку Update Simulink Block Parameters, чтобы записать компенсатор обратно в модель Simulink. Теперь можно симулировать модель Simulink с помощью недавно разработанного компенсатора.
bdclose('speedctrl_demo')