Проект диаграммы Боде является интерактивным графическим методом изменения компенсатора, чтобы достигнуть определенного ответа разомкнутого контура (формирование цикла). Чтобы в интерактивном режиме сформировать ответ разомкнутого контура с помощью Control System Designer, используйте Bode Editor. В редакторе можно настроить полосу пропускания разомкнутого контура и проект к техническим требованиям запаса по амплитуде и фазе.
Чтобы отрегулировать форму цикла, можно добавить полюса и нули к компенсатору и настроить их значения непосредственно в Bode Editor, или можно использовать Редактор Компенсатора. Для получения дополнительной информации смотрите Динамику Компенсатора Редактирования.
Для получения информации обо всех настраивающих методах, доступных в Control System Designer, смотрите, что Control System Designer Настраивает Методы.
В этом примере показано, как спроектировать компенсатор для двигателя постоянного тока с помощью диаграммы Боде графические настраивающие методы.
Модель объекта управления и требования
Передаточная функция объекта двигателя постоянного тока, как описано в Примере SISO: двигатель постоянного тока:
В данном примере конструктивные требования:
Время нарастания меньше чем 0,5 секунд
Установившаяся ошибка меньше чем 5%
Перерегулирование меньше чем 10%
Запас по амплитуде, больше, чем 20 дБ
Запас по фазе, больше, чем 40 градусов
Открытый Control System Designer
В MATLAB® командная строка, создайте модель передаточной функции объекта и откройте Control System Designer в Предвещать настройке Редактора.
G = tf(1.5,[1 14 40.02]);
controlSystemDesigner('bode',G);Приложение открывает и импортирует G как модель объекта управления для архитектуры управления по умолчанию, Configuration 1.
В приложении, следующих открытых графиках отклика:
Разомкнутый контур Bode Editor для LoopTransfer_C ответ. Этот ответ является передаточной функцией разомкнутого контура GC, где C является компенсатором, и G является объектом.
Step Response для IOTransfer_r2y ответ. Этот ответ является передаточной функцией ввода - вывода для полной системы с обратной связью.
Совет
Чтобы открыть разомкнутый контур, Bode Editor, когда Control System Designer уже открыт, на вкладке Control System, в Tuning Methods выпадающий список, выбирает Bode Editor. В диалоговом окне Select Response to Edit выберите существующий ответ на график или создайте New Open-Loop Response.
Чтобы просмотреть частотную характеристику разомкнутого контура и переходной процесс с обратной связью одновременно, перетащите графики к желаемому местоположению.
Отображения приложения Bode Editor и Step Response строят рядом друг с другом.
Настройте полосу пропускания
Поскольку проект требует времени нарастания меньше чем 0,5 секунды, установите частоту среза DC разомкнутого контура приблизительно на 3 рад/с. К приближению первого порядка эта частота среза соответствует постоянной времени 0,33 секунд.
Чтобы сделать перекрестное соединение легче видеть, включите сетку графика. Щелкните правой кнопкой по области построения Bode Editor и выберите Grid. Приложение добавляет сетку в Предвещать графики отклика.
Чтобы настроить частоту среза увеличивают усиление компенсатора. В графике Bode Editor, в графике отклика Magnitude, перетаскивают ответ вверх. Выполнение так увеличивает усиление компенсатора.
Когда вы перетаскиваете график величины, приложение вычисляет усиление компенсатора и обновляет графики отклика.
Перетащите ответ величины вверх, пока частота среза не составит приблизительно 3 рад/с.
Просмотрите характеристики переходного процесса
Чтобы добавить время нарастания в график Step Response, щелкните правой кнопкой по области построения и выберите Characteristics> Rise Time.
Чтобы просмотреть время нарастания, переместите курсор через индикатор времени нарастания.
Время нарастания составляет приблизительно 0,23 секунды, который удовлетворяет конструктивным требованиям.
Точно так же, чтобы добавить максимальную чувствительность в график Step Response, щелкните правой кнопкой по области построения и выберите Characteristics> Peak Response.
Пиковое перерегулирование составляет приблизительно 3,5%.
Добавьте интегратор в компенсатор
Чтобы удовлетворить 5%-е установившееся ошибочное требование, устраните установившуюся ошибку из переходного процесса с обратной связью путем добавления интегратора в компенсатор. В Bode Editor щелкают правой кнопкой по области построения и выбирают Add Pole/Zero> Integrator.
Добавление интегратора производит нулевую установившуюся ошибку. Однако изменение динамики компенсатора также изменяют частоту среза, увеличение времени нарастания. Чтобы уменьшать время нарастания, увеличьте частоту среза приблизительно до 3 рад/с.
Настройте усиление компенсатора
Чтобы возвратить частоту среза приблизительно в 3 рад/с, увеличьте усиление компенсатора далее. Щелкните правой кнопкой по области построения Bode Editor и выберите Edit Compensator.
В диалоговом окне Compensator Editor, в разделе Compensator, задают усиление 99, и нажмите Enter.
Графики отклика обновляются автоматически.
Время нарастания составляет приблизительно 0,4 секунды, который удовлетворяет конструктивным требованиям. Однако пиковое перерегулирование составляет приблизительно 32%. Компенсатор, состоящий из усиления и интегратора, не достаточен, чтобы соответствовать конструктивным требованиям. Поэтому компенсатор требует дополнительной динамики.
Добавьте ведущую сеть в компенсатор
В Bode Editor рассмотрите запас по амплитуде и запас по фазе для текущего проекта компенсатора. Проект требует запаса по амплитуде, больше, чем 20 дБ и запаса по фазе, больше, чем 40 градусов. Текущий проект не удовлетворяет ни одно из этих требований.
Чтобы увеличить запасы устойчивости, добавьте ведущую сеть в компенсатор.
В Bode Editor щелкните правой кнопкой и выберите Add Pole/Zero> Lead.
Чтобы задать местоположение ведущего сетевого полюса, нажмите на ответ величины. Приложение добавляет действительный полюс (красный X) и действительный нуль (красный O) к компенсатору и к графику Bode Editor.
В Bode Editor перетащите полюс и нуль, чтобы изменить их местоположения. Когда вы перетаскиваете их, обновления приложения полюс/нулевые значения, и обновляет графики отклика.
Чтобы уменьшить величину полюса или обнулить, перетащите его влево. Поскольку полюс и нуль находятся на отрицательной вещественной оси, перетаскивание их к левому перемещает их более близкий началу координат в комплексную плоскость.
Совет
Когда вы перетаскиваете полюс или нуль, отображения приложения новое значение в строке состояния, на правой стороне.
Как первоначальная оценка, перетащите нуль к местоположению вокруг -7 и полюс к местоположению вокруг -11.
Запас по фазе соответствует конструктивным требованиям; однако, запас по амплитуде является все еще слишком низким.
Отредактируйте ведущий сетевой полюс и нуль
Чтобы улучшать производительность контроллера, настройте ведущие сетевые параметры.
В диалоговом окне Compensator Editor, в разделе Dynamics, кликают по строке Lead.
В разделе Edit Selected Dynamics, в текстовом поле Real Zero, задают местоположение -4.3, и нажмите Enter. Это значение около самого медленного (крайнего левого) полюса объекта двигателя постоянного тока.
В текстовом поле Real Pole задайте значение -28, и нажмите Enter.
Когда вы изменяете вывод, сетевые параметры, Compensator и графики отклика обновляются автоматически.
В приложении, в Bode Editor, запасе по амплитуде 20.5 только соответствует конструктивным требованиям.
Чтобы добавить робастность в систему, в диалоговом окне Compensator Editor, уменьшают усиление компенсатора к 84.5, и нажмите Enter. Запас по амплитуде увеличивается до 21.8, и обновление графиков отклика.
В Control System Designer, в графиках отклика, сравнивают производительность системы с конструктивными требованиями. Характеристики производительности системы:
Время нарастания составляет 0,445 секунды.
Установившаяся ошибка является нулем.
Перерегулирование составляет 3,39%.
Запас по амплитуде составляет 21,8 дБ.
Запас по фазе является 65,6 градусами.
Отклик системы соответствует всем конструктивным требованиям.
Control System Designer | bodeplot