Модель блока управления приводом

Модель показывает управление углового положения для двух двигателей. Откройте модель Simulink.

open_system('sdoMultipleMotors')

Управляют двумя двигателями. Модели - ссылки используются для контроллеров, которые являются экземплярами той же модели. Откройте контроллер.

open_system('sdoRateLimitedController')

Проблема проектирования

Эти два двигателя в основной модели имеют различные характеристики, таким образом, каждый контроллер должен быть адаптирован в соответствии с ее двигателем. У каждого контроллера есть коэффициенты ПИД Kp, Ki, и Kd, и скорость нарастания, Slew. Slew значение ограничивает уровень, на котором изменяется управляющий сигнал. Slew значение характерно для обоих экземпляров контроллера. В отличие от этого коэффициенты ПИД должны отличаться для каждого экземпляра контроллера, поскольку двигатели, которыми управляют, имеют различные характеристики. Поэтому коэффициенты ПИД заданы в качестве аргументов модели в рабочем пространстве модели диспетчера. Значения коэффициента ПИД установлены на уровне sdoMultipleMotors модель.

Опорный сигнал управления является ступенчатым изменением в положении, которое происходит в 1 секунду. Угловое положение каждого двигателя должно следовать за опорным сигналом, но первый двигатель имеет меньший момент инерции и может более быстро ответить на изменения в опорном сигнале. Кроме того, производная каждого сигнала контроллера должна быть ограничена, так, чтобы токи, чертившие от источника питания, остались в пределах источника питания.

Задайте переменные проекта

Задайте переменные проекта, которые будут настроены стандартной программой оптимизации для того, чтобы удовлетворить требованиям. Slew переменная задана как sdoRateLimitedController:Slew, указание, что переменная установлена на уровне sdoRateLimitedController модель. Двоеточие является разделителем между моделью и переменной. Slew переменная имеет то же значение для всех экземпляров моделей контроллеров. В отличие от этого пропорциональная составляющая для первого контроллера задана как sdoMultipleMotors/Control_1:Kp, указание, что переменная установлена на уровне sdoMultipleMotors модель, где это появляется в Control_1 блок. Наклонная черта вправо является разделителем для Simulink blockpaths.

Укажите, что переменные проекта включают усиления Kp, Ki, и Kd, для обоих ПИД-регуляторов. Также включайте скорость нарастания, Slew, который характерен для обоих контроллеров. Наконец, укажите, что скорость нарастания не может быть отрицательной.

DesignVars = sdo.getParameterFromModel('sdoMultipleMotors', ...
    {'sdoRateLimitedController:Slew', ...
    ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Kp', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Ki', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_1:Kd', ...
    ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Kp', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Ki', ...
    'sdoMultipleMotors/Control_2:Kd' });
DesignVars(1).Minimum = 0;

Задайте конструктивные требования

Угол углового положения каждого двигателя должен следовать за опорным сигналом, но первый двигатель имеет меньший момент инерции и может более быстро ответить на изменения в опорном сигнале. Мы хотим, чтобы угловое положение первого двигателя удовлетворило следующим требованиям:

Это требование задано в блоке проверки переходного процесса в модели Simulink. Мы можем обратиться к блоку и включать требование в переменную, чтобы быть переданными целевой функции оптимизации.

Requirements = struct;
bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/Motor1_Step_Response');
Requirements.Motor1_StepResponse = bnds{1};

Второй двигатель имеет больший момент инерции, таким образом, это не может ответить как быстро. Мы хотим, чтобы угловое положение второго двигателя удовлетворило следующим требованиям:

Это требование также задано в блоке проверки переходного процесса в модели Simulink, и мы обращаемся к блоку, чтобы включать требование в переменную, быть переданными целевой функции оптимизации.

bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/Motor2_Step_Response');
Requirements.Motor2_StepResponse = bnds{1};

Кроме того, производная каждого сигнала контроллера требуется, чтобы быть в диапазоне от-5 до 5, так, чтобы токи, чертившие от источника питания, остались в пределах источника питания. Эти требования заданы в блоках проверки принадлежности к диапазону в модели Simulink, и эти требования должны также быть собраны среди требований, которые будут переданы целевой функции оптимизации.

bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller1');
Requirements.Controller1_DerivBound1 = bnds{1};
Requirements.Controller1_DerivBound2 = bnds{2};
bnds = getbounds('sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller2');
Requirements.Controller2_DerivBound1 = bnds{1};
Requirements.Controller2_DerivBound2 = bnds{2};

Предотвратите утверждения блока проверки во время оптимизации.

CheckBlockStatus = sdo.setCheckBlockEnabled('sdoMultipleMotors','off');

Определение симуляции

Функция стоимости требует, чтобы сценарий симуляции запустил модель. Создайте сценарий симуляции и добавьте сигналы модели регистрировать, таким образом, их значения доступны для функции стоимости.

Simulator = sdo.SimulationTest('sdoMultipleMotors');

Моторные угловые положения должны регистрироваться во время оптимизации, чтобы оценить требования к их переходным процессам.

Motor1_Position = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Motor1_Position.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/Motor1_Step_Response/u';
Motor1_Position.LoggingInfo.LoggingName = 'Motor1_Position';
Motor1_Position.LoggingInfo.NameMode = 1;

Motor2_Position = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Motor2_Position.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/Motor2_Step_Response/u';
Motor2_Position.LoggingInfo.LoggingName = 'Motor2_Position';
Motor2_Position.LoggingInfo.NameMode = 1;

Производные сигнала контроллера также должны регистрироваться, чтобы оценить связанные требования к ним.

Controller1_Derivative = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Controller1_Derivative.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller1/u';
Controller1_Derivative.LoggingInfo.LoggingName = 'Controller1_Derivative';
Controller1_Derivative.LoggingInfo.NameMode = 1;

Controller2_Derivative = Simulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;
Controller2_Derivative.BlockPath = 'sdoMultipleMotors/ReqBounds_Derivative_Controller2/u';
Controller2_Derivative.LoggingInfo.LoggingName = 'Controller2_Derivative';
Controller2_Derivative.LoggingInfo.NameMode = 1;

Чтобы регистрировать эти сигналы во время оптимизации, соберите их в сценарий симуляции, Simulator.

Simulator.LoggingInfo.Signals = [...
    Motor1_Position ; ...
    Motor2_Position ; ...
    Controller1_Derivative ; ...
    Controller2_Derivative ];

Создайте целевую функцию оптимизации

Создайте целевую функцию, которая будет вызвана в каждой итерации оптимизации, чтобы оценить конструктивные требования, когда переменные проекта настраиваются. Эта функция стоимости имеет входные параметры для переменных проекта, сценария симуляции и конструктивных требований.

type sdoMultipleMotors_Design

function Vals = sdoMultipleMotors_Design(P,Simulator,Requirements)
%SDOMULTIPLEMOTORS_DESIGN Objective function for multiple motors
%
% Function called at each iteration of the optimization problem.
%
% The function is called with the model named mdl, a set of parameter
% values, P, a Simulator, and the design Requirements to evaluate.  It
% returns the objective value and constraint violations, Vals, to the
% optimization solver.
%
% See the sdoExampleCostFunction function and sdo.optimize for a more
% detailed description of the function signature.
%
% See also sdoMultipleMotors_cmddemo

% Copyright 2018 The MathWorks, Inc.

%% Model Evaluation

% Simulate the model.
Simulator.Parameters = P;
Simulator = sim(Simulator);

% Retrieve logged signal data.
SimLog = find(Simulator.LoggedData, get_param('sdoMultipleMotors','SignalLoggingName'));
Motor1_Position = find(SimLog,'Motor1_Position');
Motor2_Position = find(SimLog,'Motor2_Position');
Controller1_Derivative = find(SimLog,'Controller1_Derivative');
Controller2_Derivative = find(SimLog,'Controller2_Derivative');

% Evaluate the design requirements.
Cleq_Motor1_StepResponse     = evalRequirement(Requirements.Motor1_StepResponse,     Motor1_Position.Values);
Cleq_Motor2_StepResponse     = evalRequirement(Requirements.Motor2_StepResponse,     Motor2_Position.Values);
Cleq_Controller1_DerivBound1 = evalRequirement(Requirements.Controller1_DerivBound1, Controller1_Derivative.Values);
Cleq_Controller1_DerivBound2 = evalRequirement(Requirements.Controller1_DerivBound2, Controller1_Derivative.Values);
Cleq_Controller2_DerivBound1 = evalRequirement(Requirements.Controller2_DerivBound1, Controller2_Derivative.Values);
Cleq_Controller2_DerivBound2 = evalRequirement(Requirements.Controller2_DerivBound2, Controller2_Derivative.Values);

%% Return Values.
%
% Collect the evaluated design requirement values in a structure to
% return to the optimization solver.
Vals.Cleq = [...
    Cleq_Motor1_StepResponse(:); ...
    Cleq_Motor2_StepResponse(:); ...
    Cleq_Controller1_DerivBound1(:); ...
    Cleq_Controller1_DerivBound2(:); ...
    Cleq_Controller2_DerivBound1(:); ...
    Cleq_Controller2_DerivBound2(:)];

end

Чтобы оптимизировать, задайте указатель на функцию стоимости, которая использует Simulator и Requirements заданный выше. Используйте анонимную функцию, которая берет один аргумент (переменные проекта) и вызывает целевую функцию. Наконец, вызовите sdo.optimize, чтобы оптимизировать переменные проекта, чтобы попытаться удовлетворить требования.

optimfcn = @(P) sdoMultipleMotors_Design(P, Simulator, Requirements);
[Optimized_DesignVars, Info] = sdo.optimize(optimfcn, DesignVars);

 Optimization started 23-Jul-2021 10:11:09

                               max                     First-order 
 Iter F-count        f(x)   constraint    Step-size    optimality
    0     15            0        211.8
    1     30            0        8.464         2.92         26.5
    2     50            0        6.531        0.396         15.1
    3     70            0        1.931        0.675         15.7
    4     85            0        0.241         1.67         41.1
    5    100            0      0.04523        0.273     1.02e+03
    6    110            0      0.04523      0.00396            0
Local minimum found that satisfies the constraints.

Optimization completed because the objective function is non-decreasing in 
feasible directions, to within the value of the optimality tolerance,
and constraints are satisfied to within the value of the constraint tolerance.

Восстановите утверждения блока проверки.

sdo.setCheckBlockEnabled('sdoMultipleMotors', CheckBlockStatus);

Модель обновления

Обновите модель с оптимизированными значениями параметров.

sdo.setValueInModel('sdoMultipleMotors',Optimized_DesignVars);

Закройте модели.

bdclose('sdoMultipleMotors')
bdclose('sdoRateLimitedController')