线性电动执行器模型

打开线性电动执行器金宝app的Simulink模型:

open_system (“rct_linact”的）

电气和机械组件采用Simscape Electrical建模。控制系统由控制DC电动机的驱动电流和角速度的两个级联反馈回路组成。

图1:电流和速度控制器。

注意，内环（电流）控制器是比例增益，而外环（速度）控制器具有比例和积分的动作。两个控制器的输出限于加/减5。

设计指标

我们需要调整比例和积分的增益，以在约0.1秒内响应2000 rpm的速度需求，最小过冲。模型中的初始增益设置为P = 50和PI（s）= 0.2 + 0.1 / s，并且相应的响应如图2所示。该响应过于慢且太敏感，无法负载干扰。

图2：无核响应。

控制系统调整

您可以使用过度共同调整两种反馈循环。要设置设计，请创建一个实例SLTUNER.接口与调谐块列表。所有块和信号都由其在模型中的名称指定。该模型在T = 0.5时线性化，以避免在T = 0的某些衍生物中的不连续性。

TunedBlocks = {“电流PID”那'速度pid'};Tlinearize = 0.5;％在t = 0.5时线性化%创建调优界面ST0 = slTuner (“rct_linact”、TunedBlocks tLinearize);addPoint (ST0, {“电流PID”那'速度pid'}）

数据结构ST0包含控制系统及其可调元件的描述。接下来指定直流电机应在0.1秒内遵循2000转转速的要求:

TR = TuningGoal。跟踪('速度需求（rpm）'那'rpm'，0.1）;

您现在可以调整比例和积分的收益loopune.：

相约= systune (ST0、TR);

Final：Soft = 1.04，硬= -Inf，迭代= 40

这将返回一个更新后的描述相约包含调谐增益值。为了验证该设计，绘制从速度需求到速度的闭环响应图:

T1 = getIOTransfer(相约,'速度需求（rpm）', {'rpm'那“我”}）;图步骤（t1,0.5）

响应在线域中看起来很好，因此将调谐增益值推向Simulink并进一步验证非线性模型中的设计。金宝app

writeBlockValue(死神)

非线性仿真结果如图3所示。非线性行为远比线性近似差。图4显示了内环(电流)的饱和和振荡。

图3：调谐控制器的非线性仿真。

图4:电流控制器输出。

防止饱和

到目前为止，我们只指定了外部（速度）循环的所需响应时间。这片叶子过度自由分配控制努力之间的内部和外部循环。内环的饱和表明比例增益太高，需要进行一些再平衡。一个可能的补救措施是显式地将speed命令的增益限制为“Current PID”输出。对于速度参考2000转/分和饱和极限的正负5，平均增益不应超过5/2000 = 0.0025。为了保守起见，尝试将速度参考到“Current PID”的增益保持在0.001以下。为此，添加一个增益约束，并在满足这两个要求的情况下重新调整控制器增益。

％标记为兴趣点的“当前PID”输出addPoint (ST0“电流PID”的）从速度需求到“当前PID”输出来避免饱和度％MG = TuningGoal。获得('速度需求（rpm）'那“电流PID”, 0.001);％恢复了这个额外的目标ST2 = systune (ST0 (TR、镁));

Final：Soft = 1.39，硬= -Inf，迭代= 52

最终增益1.39表明要求几乎但不完全满足（当最终增益小于1时满足所有要求）。用viewgoal.检查调谐控制器如何反对每个目标。

数字（“位置”，[100,100,560,550]）ViewGoOL（[Tr，Mg]，ST2）

接下来比较线性域中的两个设计。

t2 = getiotransfer（st2，'速度需求（rpm）', {'rpm'那“我”}）;图一步（t1，'B', T2,“g——”传说,0.4)(“初始调优”那“增益约束调谐”的）

第二种设计不太积极，但仍然符合响应时间要求。调谐PID增益的比较表明，电流回路中的比例增益从18到约2减小。

showTunable(死神)%初始化调整

框1：rct_linact / currentroller / current pid = kp = 30名称：current_pid p-loct控制器。------------------------------------1* ---具有kp = 0.391，ki = 0.412名称：Speed_pid连续时间PI控制器并行形式。

showTunable (ST2)％重新运行

Block 1: rct_linact/Current Controller/Current PID = Kp = 2.19名称:Current_PID P-only控制器。----------------------------------- Block 2: rct_linact/Speed Controller/Speed PID = 1 Kp + Ki *——s with Kp = 0.482, Ki = 4.95名称:Speed_PID并行连续时间PI控制器。

为了验证这个新设计，将新的调谐增益值推到Simulink模型中，并模拟对2000rpm转速要求和500n负载扰动的响应。金宝app仿真结果如图5所示，电流控制器输出如图6所示。

WriteBlockValue（ST2）

图5:增益约束下调谐的非线性响应。

图6:电流控制器输出。

非线性响应现在令人满意，电流回路不再饱和。额外的增益约束成功重新平衡内部和外环之间的控制工作。