Exponenta Banner

TuningGoal.StepTracking class

Пакет: TuningGoal

Требование переходного процесса для настройки системы управления

Описание

Используйте TuningGoal.StepTracking задавать целевой переходной процесс от заданных входных параметров до заданных выходных параметров системы управления. Используйте эту настраивающую цель с настраивающими командами системы управления, такими как systune или looptune.

Конструкция

Req = TuningGoal.StepTracking(inputname,outputname,refsys) создает настраивающуюся цель, которая ограничивает переходной процесс между заданными местоположениями сигнала совпадать с переходным процессом устойчивой ссылочной системы, refsys. Ограничению удовлетворяют, когда относительная разница между настроенными и целевыми ответами находится в пределах допуска, заданного RelGap свойство настраивающейся цели (см. Свойства). inputname и outputname может описать SISO или ответ MIMO вашей системы управления. Для ответов MIMO количество входных параметров должно равняться количеству выходных параметров.

Req = TuningGoal.StepTracking(inputname,outputname,tau) задает желаемый переходной процесс как ответ первого порядка с постоянной времени tau:

Req.ReferenceModel=1/\taus+1/\tau.

Req = TuningGoal.StepTracking(inputname,outputname,tau,overshoot) задает желаемый переходной процесс как ответ второго порядка с естественным периодом tau, собственная частота 1/tau, и процент промахивается по overshoot:

Req.ReferenceModel=(1/\tau)2s2+2(zeta/\tau)s+(1/\tau)2.

Затухание дано zeta = cos(atan2(pi,-log(overshoot/100))).

Входные параметры

inputname

Входные сигналы для настраивающейся цели в виде вектора символов или, для нескольких - входные настраивающие цели, массив ячеек из символьных векторов.

  • Если вы используете настраивающуюся цель настроить Simulink® модель системы управления, затем inputname может включать:

    • Любой вход модели.

    • Любая линейная аналитическая точка отмечена в модели.

    • Любой линейный анализ указывает в slTuner Интерфейс (Simulink Control Design) сопоставлен с моделью Simulink. Использование addPoint (Simulink Control Design), чтобы добавить анализ указывает на slTuner интерфейс. Использование getPoints (Simulink Control Design), чтобы получить список аналитических точек, доступных в slTuner взаимодействуйте через интерфейс к своей модели.

    Например, предположите что slTuner интерфейс содержит аналитические точки u1 и u2. Используйте 'u1' определять ту точку как входной сигнал при создании настраивающихся целей. Используйте {'u1','u2'} определять двухканальный вход.

  • Если вы используете настраивающуюся цель настроить обобщенное пространство состояний (genss) модель системы управления, затем inputname может включать:

    • Любой вход genss модель

    • Любой AnalysisPoint местоположение в модели системы управления

    Например, если вы настраиваете модель системы управления, T, затем inputname может быть любое входное имя в T.InputName. Кроме того, если T содержит AnalysisPoint блокируйтесь с местоположением под названием AP_u, затем inputname может включать 'AP_u'Использование getPoints получить список аналитических точек, доступных в a genss модель.

    Если inputname AnalysisPoint местоположение обобщенной модели, входной сигнал для настраивающейся цели является подразумеваемым входом, сопоставленным с AnalysisPoint блок:

Для получения дополнительной информации об аналитических точках в моделях системы управления, смотрите представляющего интерес Марка Сигнэлса для Анализа и проектирования Системы управления.

outputname

Выходные сигналы для настраивающейся цели в виде вектора символов или, для нескольких - выходные настраивающие цели, массив ячеек из символьных векторов.

  • Если вы используете настраивающуюся цель настроить модель Simulink системы управления, то outputname может включать:

    • Любой выход модели.

    • Любая линейная аналитическая точка отмечена в модели.

    • Любой линейный анализ указывает в slTuner Интерфейс (Simulink Control Design) сопоставлен с моделью Simulink. Использование addPoint (Simulink Control Design), чтобы добавить анализ указывает на slTuner интерфейс. Использование getPoints (Simulink Control Design), чтобы получить список аналитических точек, доступных в slTuner взаимодействуйте через интерфейс к своей модели.

    Например, предположите что slTuner интерфейс содержит аналитические точки y1 и y2. Используйте 'y1' определять ту точку как выходной сигнал при создании настраивающихся целей. Используйте {'y1','y2'} определять двухканальный выход.

  • Если вы используете настраивающуюся цель настроить обобщенное пространство состояний (genss) модель системы управления, затем outputname может включать:

    • Любой выход genss модель

    • Любой AnalysisPoint местоположение в модели системы управления

    Например, если вы настраиваете модель системы управления, T, затем outputname может быть любое выходное имя в T.OutputName. Кроме того, если T содержит AnalysisPoint блокируйтесь с местоположением под названием AP_u, затем outputname может включать 'AP_u'Использование getPoints получить список аналитических точек, доступных в a genss модель.

    Если outputname AnalysisPoint местоположение обобщенной модели, выходным сигналом для настраивающейся цели является подразумеваемый выход, сопоставленный с AnalysisPoint блок:

Для получения дополнительной информации об аналитических точках в моделях системы управления, смотрите представляющего интерес Марка Сигнэлса для Анализа и проектирования Системы управления.

refsys

Ссылочная система для целевого переходного процесса в виде модели динамической системы, такой как tf, zpk, или ss модель. refsys должно быть устойчивым и должен иметь усиление DC 1 (обнулите установившуюся ошибку).

refsys может быть непрерывным или дискретным. Если refsys дискретно, это может включать задержки, которые обработаны как полюса в z = 0.

refsys может быть MIMO, при условии, что это является квадратным и что его сингулярное значение DC (sigma) 1. Если refsys модель MIMO, затем ее количество вводов и выводов должно совпадать с размерностями inputname и outputname.

Для лучших результатов, refsys должен также включать внутренние характеристики системы, такие как нули (отклонение от номинала) "не минимальная фаза".

tau

Постоянная времени или естественный период целевого переходного процесса в виде положительной скалярной величины.

Если вы используете синтаксис Req = TuningGoal.StepTracking(inputname,outputname,tau) задавать целевой ответ первого порядка, затем tau постоянная времени затухания ответа. В этом случае цель является переходным процессом системы, данной:

Req.ReferenceModel=1/\taus+1/\tau.

Если вы используете синтаксис Req = TuningGoal.StepTracking(inputname,outputname,tau,overshoot) задавать целевой ответ второго порядка, затем tau инверсия собственной частоты ответа. В этом случае цель является переходным процессом системы, данной:

Req.ReferenceModel=(1/\tau)2s2+2(zeta/\tau)s+(1/\tau)2.

Затухание системы дано zeta = cos(atan2(pi,-log(overshoot/100))).

overshoot

Перерегулирование процента целевого переходного процесса в виде скалярного значения в области значений (0,100).

Свойства

ReferenceModel

Ссылочная система для целевого переходного процесса в виде SISO или пространства состояний MIMO (ss) модель. Когда вы используете настраивающуюся цель настроить систему управления, переходной процесс от inputname к outputname настраивается, чтобы совпадать с этим целевым ответом на в допуске, заданном RelGap свойство.

Если вы используете refsys входной параметр, чтобы создать настраивающуюся цель, затем значение ReferenceModel ss(refsys).

Если вы используете tau или tau и overshoot входные параметры, thenReferenceModel представление пространства состояний соответствующей передаточной функции второго порядка или первого порядка.

ReferenceModel должно быть устойчивым и иметь модульное усиление DC (обнулите установившуюся ошибку). Для лучших результатов, ReferenceModel должен также включать внутренние характеристики системы, такие как нули (отклонение от номинала) "не минимальная фаза".

RelGap

Максимальная относительная ошибка соответствия в виде значения положительной скалярной величины. Это свойство задает соответствующий допуск как максимальный относительный промежуток между целевыми и фактическими переходными процессами. Относительный промежуток задан как:

gap=‖y(t)−yref(t)‖2‖1−yref(t)‖2.

y (t) – yref (t) является несоответствием ответа, и 1 – yref (t) является ошибкой неродного отслеживания целевой модели. ‖ ⋅ ‖2 обозначает энергию сигнала (2-норма).

Увеличьте значение RelGap ослабить соответствующий допуск.

Значение по умолчанию: 0.1

InputScaling

Опорный сигнал, масштабирующийся в виде вектора из положительных вещественных значений.

Для требования отслеживания MIMO, когда выбор модульных результатов в соединении маленьких и больших сигналов в различных каналах ответа, используют это свойство задать относительную амплитуду каждой записи во входе шага с векторным знаком. Эта информация используется, чтобы масштабировать недиагональные термины в передаточной функции от ссылки до отслеживания ошибки. Это масштабирование гарантирует, что перекрестные связи измеряются относительно амплитуды каждого опорного сигнала.

Например, предположите тот Req настраивающаяся цель, которая сигнализирует о {'y1','y2'} отследите опорные сигналы {'r1','r2'}. Предположим далее, что вы требуете, чтобы выходные параметры отследили ссылки меньше чем с 10%-й перекрестной связью. Если r1 и r2 имейте сопоставимые амплитуды, затем достаточно сохранить усиления от r1 к y2 и r2 и y1 ниже 0.1. Однако, если r1 в 100 раз больше, чем r2, усиление от r1 к y2 должен быть меньше 0.001, чтобы гарантировать тот r1 изменения y2 меньше чем 10% r2 цель. Чтобы гарантировать этот результат, установите InputScaling свойство можно следующим образом.

Req.InputScaling = [100,1];

Это говорит программному обеспечению учитывать, что первый опорный сигнал в 100 раз больше второго опорного сигнала.

Значение по умолчанию, [] , средние значения никакое масштабирование.

Значение по умолчанию: []

Input

Входной сигнал называет в виде массива ячеек из символьных векторов, которые идентифицируют входные параметры передаточной функции, которую ограничивает настраивающаяся цель. Начальное значение Input свойство установлено inputname входной параметр, когда вы создаете настраивающуюся цель.

Output

Выходной сигнал называет в виде массива ячеек из символьных векторов, которые идентифицируют выходные параметры передаточной функции, которую ограничивает настраивающаяся цель. Начальное значение Output свойство установлено outputname входной параметр, когда вы создаете настраивающуюся цель.

Models

Модели, к которым настраивающаяся цель применяется в виде вектора из индексов.

Используйте Models свойство при настройке массива моделей системы управления с systune, осуществлять настраивающуюся цель для подмножества моделей в массиве. Например, предположите, что вы хотите применить настраивающуюся цель, Req, к вторым, третьим, и четвертым моделям в массиве моделей передал systune. Чтобы ограничить осуществление настраивающейся цели, используйте следующую команду:

Req.Models = 2:4;

Когда Models = NaN, настраивающаяся цель применяется ко всем моделям.

Значение по умолчанию: NaN

Openings

Обратная связь, чтобы открыться при оценке настраивающейся цели в виде массива ячеек из символьных векторов, которые идентифицируют открывающие цикл местоположения. Настраивающаяся цель оценена против настройки разомкнутого контура, созданной вводной обратной связью в местоположениях, которые вы идентифицируете.

Если вы используете настраивающуюся цель настроить модель Simulink системы управления, то Openings может включать любую линейную аналитическую точку, отмеченную в модель или любую линейную аналитическую точку в slTuner Интерфейс (Simulink Control Design) сопоставлен с моделью Simulink. Использование addPoint (Simulink Control Design), чтобы добавить аналитические точки и открытия цикла к slTuner интерфейс. Использование getPoints (Simulink Control Design), чтобы получить список аналитических точек, доступных в slTuner взаимодействуйте через интерфейс к своей модели.

Если вы используете настраивающуюся цель настроить обобщенное пространство состояний (genss) модель системы управления, затем Openings может включать любого AnalysisPoint местоположение в модели системы управления. Использование getPoints получить список аналитических точек, доступных в genss модель.

Например, если Openings = {'u1','u2'}, затем настраивающаяся цель оценена с циклами, открытыми в аналитических точках u1 и u2.

Значение по умолчанию: {}

Name

Имя настраивающейся цели в виде вектора символов.

Например, если Req настраивающаяся цель:

Req.Name = 'LoopReq';

Значение по умолчанию: []

Примеры

Требование переходного процесса с заданным допуском

Создайте требование для переходного процесса от сигнала под названием 'r' к сигналу под названием 'y'. Ограничьте переходной процесс совпадать с передаточной функцией H = 10 / (s+10), но позволять 20%-е относительное изменение между целью настроенные ответы.

H = tf(10,[1 10]);
Req = TuningGoal.StepResp('r','y',H);

По умолчанию это требование позволяет относительный промежуток 0,1 между целью и настроенными ответами. Чтобы изменить относительный промежуток в 20%, установите RelGap свойство требования. 

Req.RelGap = 0.2;

Исследуйте требование. 

viewGoal(Req);

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type line. This object represents Desired.

Пунктирная линия показывает целевой переходной процесс, заданный этим требованием. Можно использовать это требование, чтобы настроить модель системы управления, T, это содержит допустимые местоположения ввода и вывода под названием 'r' и 'y'. Если вы делаете так, команда viewGoal(Req,T) строит достигнутый переходной процесс от 'r' к 'y' для сравнения с целевым ответом.

Переходной процесс первого порядка с известной постоянной времени

Создайте требование, которое задает переходной процесс первого порядка с постоянной времени 5 секунд. Создайте требование для переходного процесса от сигнала под названием 'r' к сигналу под названием 'y'. 

Req = TuningGoal.StepResp('r','y',5);

Когда вы используете это требование, чтобы настроить модель системы управления, T, постоянная времени 5 взята, чтобы быть описанной в преобладающих модулях системы управления. Например, если T genss модель и свойство T.TimeUnit 'seconds', затем это требование задает целевую постоянную времени 5 секунд для ответа от входа 'r' к выходу 'y' из 'T'.

Постоянное требуемое время преобразовано в ссылочную модель в пространстве состояний, сохраненную в ReferenceModel свойство требования. 

refsys = tf(Req.ReferenceModel)
refsys =
 
    0.2
  -------
  s + 0.2
 
Continuous-time transfer function.

Как ожидалось, refsys модель первого порядка.

Исследуйте требование. viewGoal команда отображает целевой ответ, который является переходным процессом образца модели.

viewGoal(Req);

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type line. This object represents Desired.

Пунктирная линия показывает целевой переходной процесс, заданный этим требованием, ответом первого порядка с постоянной времени пяти секунд.

Переходной процесс второго порядка с известным естественным периодом и перерегулированием

Создайте требование, которое задает переходной процесс второго порядка с естественным периодом 5 секунд и 10%-е перерегулирование. Создайте требование для переходного процесса от сигнала под названием 'r' к сигналу под названием 'y'.

Req = TuningGoal.StepResp('r','y',5,10);

Когда вы используете это требование, чтобы настроить модель системы управления, T, естественный период 5 взят, чтобы быть описанным в преобладающих модулях системы управления. Например, если T genss модель и свойство T.TimeUnit 'seconds', затем это требование задает целевой естественный период 5 секунд для ответа от входа 'r' к выходу 'y' из 'T'.

Заданные параметры ответа преобразованы в ссылочную модель в пространстве состояний, сохраненную в ReferenceModel свойство требования. 

refsys = tf(Req.ReferenceModel)
refsys =
 
          0.04
  ---------------------
  s^2 + 0.2365 s + 0.04
 
Continuous-time transfer function.

Как ожидалось, refsys модель второго порядка.

Исследуйте требование. viewGoal команда отображает целевой ответ, который является переходным процессом образца модели.

viewGoal(Req);

Figure contains an axes object. The axes object contains an object of type line. This object represents Desired.

Пунктирная линия показывает целевой переходной процесс, заданный этим требованием, ответом второго порядка с 10%-м перерегулированием и естественным периодом пяти секунд.

Отслеживание цели с ограниченным приложением модели и дополнительными открытиями цикла

Создайте настраивающуюся цель, которая задает переходной процесс первого порядка с постоянной времени 5 секунд. Установите Models и Openings свойства далее сконфигурировать применимость настраивающейся цели. 

Req = TuningGoal.StepTracking('r','y',5);
Req.Models = [2 3];
Req.Openings = 'OuterLoop'

При настройке системы управления, которая имеет вход 'r', выход 'y', и местоположение аналитической точки 'OuterLoop', можно использовать Req как вход к looptune или systune. Установка Openings свойство указывает что переходной процесс от 'r' к 'y' измеряется с циклом, открытым в 'OuterLoop'. При настройке массива моделей системы управления, установке Models свойство ограничивает, как настраивающаяся цель применяется. В этом примере настраивающаяся цель применяется только к вторым и третьим моделям в массиве.

Советы

  • Эта настраивающая цель налагает неявное ограничение устойчивости на передаточную функцию с обратной связью от Input к Output, оцененный с циклами, открытыми в точках, идентифицирован в Openings. Движущими силами, затронутыми этим неявным ограничением, является stabilized dynamics для этой настраивающей цели. MinDecay и MaxRadius опции systuneOptions управляйте границами на этих неявно ограниченных движущих силах. Если оптимизации не удается соответствовать границам по умолчанию, или если конфликт границ по умолчанию с другими требованиями, использовать systuneOptions изменить эти значения по умолчанию.

Алгоритмы

Когда вы настраиваете систему управления с помощью TuningGoal, программное обеспечение преобразует настраивающуюся цель в нормированное скалярное значение f (x). Здесь, x является вектором из свободных (настраиваемых) параметров в системе управления. Программное обеспечение затем настраивает значения параметров, чтобы минимизировать f (x) или управлять f (x) ниже 1, если настраивающейся целью является трудное ограничение.

Для TuningGoal.StepTracking, f (x) дают:

f(x)=‖1s(T(s,x)−Tref(s))‖2RelGap‖1s(Tref(s)−I)‖2.

T (s, x) является передаточной функцией с обратной связью от Input к Output со значениями параметров x и Tref (s) являются образцом модели, заданным в ReferenceModel свойство. ‖ ⋅ ‖2 обозначает H 2 нормы (см. norm).

Вопросы совместимости

развернуть все

Поведение изменяется в R2016a

Смотрите также

| | (Simulink Control Design) | (Simulink Control Design) | | | |

Темы

Введенный в R2016a

Документация Control System Toolbox

Поддержка