直升机的多回路控制
这个例子展示了如何使用slTuner和systune调整旋翼飞行器的多回路控制器。
直升飞机模型
这个例子使用8状态直升机模型在悬停修剪条件。的状态向量x = [u, w, q,θ,v, p,φ,r)由
纵向速度
u(米/秒)横向速度
v(米/秒)正常的速度
w(米/秒)螺旋角
θ(度)横摇角
φ(度)滚转率
p(度/秒)节速度
问(度/秒)偏航率
r(度/秒)。
控制器生成命令ds特区dT在度为纵向循环，横向循环，和尾桨集体使用的测量θ，φ，p，问,r．
控制体系结构
下面的Simulink模型描金宝app述了控制体系结构:
open_system (“rct_helico”）
控制系统由两个反馈回路组成。内环(静态输出反馈)提供稳定性增强和解耦。外环(PI控制器)提供所需的设定点跟踪性能。主要控制目标如下:
轨迹设定点的变化
θ，φ,r稳定状态误差为零，上升时间约为2秒，超调量最小，交叉耦合最小限制控制带宽，以防止忽略高频转子动力学和测量噪声
提供强的多变量增益和相位裕度(对工厂输入和输出同步增益/相位变化的稳健性，参见
diskmargin详情)。
我们使用截止为40 rad/s的低通滤波器来部分加强第二个目标。
控制器调优
控件可以联合调整内部和外部循环systune命令。这个命令只需要设备和控制器的模型以及所需的带宽(这是所需响应时间的函数)。当控制系统在Simulink中建模时，您可以使用金宝appslTuner接口来快速设置调优任务。使用要调优的块列表创建此接口的实例。
ST0 = slTuner (“rct_helico”, {“软件”，“皮”，“PI3”，SOF的}）;
每个可调块根据其类型自动参数化，并使用其在Simulink模型中的值进行初始化(金宝app
PI控制器为零，静态输出反馈增益为零)。仿真模型表明，对于这些初始值，控制系统是不稳定的:
为设置点跟踪标记感兴趣的I/O信号，并识别测量稳定裕度的工厂输入和输出(控制和测量信号)。
addPoint (ST0, {“theta-ref”，“phi-ref”，“r-ref”}）%选点命令addPoint (ST0, {“θ”，“φ”，“r”}）%相应的输出addPoint (ST0, {“u”，“y”}）;
最后，使用TuningGoal对象。我们在这个例子中使用了以下要求:
跟踪需求:回应
θ，φ，r一步命令theta_ref，phi_ref，r_ref必须类似于一秒时间常数的一阶解耦响应稳定的利润:工厂投入的多变量增益和相位裕度
u和植物输出y必须至少5分贝和40度快速动态:闭环极点的大小不能超过25，以防止快速动态和瞬变
与参考模型1不匹配小于20% /(s+1)TrackReq = TuningGoal。StepTracking ({“theta-ref”，“phi-ref”，“r-ref”}, {“θ”，“φ”，“r”1)};TrackReq。RelGap = 0.2;%工厂投入和产出的增益和相位裕度MarginReq1 = TuningGoal。利润(“u”5、40);MarginReq2 = TuningGoal。利润(“y”5、40);%限制快速动态MaxFrequency = 25;PoleReq = TuningGoal.Poles (0, 0, MaxFrequency);
您现在可以使用systune联合整定所有控制器参数。这将返回调优后的版本相约控制系统的ST0．
AllReqs = [TrackReq MarginReq1、MarginReq2 PoleReq);相约= systune (ST0 AllReqs);
Final:软= 1.12，硬= -Inf，迭代= 75
最后的值接近1，所以要求几乎满足。绘制对阶跃命令的调谐响应，单位为，r:
T1 = getIOTransfer(相约,{“theta-ref”，“phi-ref”，“r-ref”}, {“θ”，“φ”，“r”}）;步骤(T1, 5)
上升时间约2秒，没有超调，交叉耦合少。您可以使用viewGoal对于每个需求的更彻底的验证，包括多变量稳定裕度的目视评估(见diskmargin细节):
图(“位置”[100100900474]) viewGoal (AllReqs相约)
检查PI控制器和静态输出反馈增益的调谐值。
showTunable(死神)
Block 1: rct_helico/PI1 = 1 Kp + Ki *——s with Kp = 1.04, Ki = 2.11 Name: PI1 parallel form连续时间PI控制器----------------------------------- 块2:rct_helico / PI2 = 1 + Ki *——年代Kp = -0.111, Ki = -1.32名称:皮连续时间比例积分控制器并联形式。----------------------------------- 块3:rct_helico / PI3 = 1 + Ki *——年代Kp = 0.144, Ki = -2.24名称:PI3连续时间比例积分控制器并联形式。----------------------------------- Block 4: rct_helico/SOF = D = u1 u2 u3 u4 u5 y1 2.247 -0.3153 -0.003408 0.786 -0.01543 y2 -0.1808 -1.249 0.01881 -0.07823 -0.1181 y3 -0.01772 -0.01091 -1.904 0.005976 0.06484名称:SOF静态增益。
内部循环的好处
你可能想知道是否静态输出反馈是必要的，是否PID控制器不足以控制直升机。这个问题很容易回答，通过重新调整控制器与内环打开。的后面添加一个打开的循环，首先打破内部循环SOF布洛克:
addOpening (ST0SOF的）
然后删除SOF块，并将PI块重新参数化为具有正确循环符号的成熟pid(从第一个设计推断)。
PID = PID(0、0.001、0.001 . 01);% PID控制器的初始猜想removeBlock (ST0SOF的）;setBlockParam (ST0．．.“软件”tunablePID (“C1”PID),．．.“皮”tunablePID (C2的pid),．．.“PI3”tunablePID (“C3”pid));
重新调整三个PID控制器并绘制闭环步进响应。
ST2 = systune (ST0 AllReqs);
Final:软= 4.94，硬= -Inf，迭代= 66
T2 = getIOTransfer (ST2, {“theta-ref”，“phi-ref”，“r-ref”}, {“θ”，“φ”，“r”}）;图中,步骤(T2, 5)
最终值不再接近1，并且阶跃响应确认了较差的性能，关于上升时间、超调和解耦。这表明内环具有重要的稳定作用，应予以保留。
另请参阅
systune (slTuner)(金宝app仿真软件控制设计)|slTuner(金宝app仿真软件控制设计)|TuningGoal。StepTracking|TuningGoal。利润率|TuningGoal。波兰人
相关的话题
你也可以从以下列表中选择一个网站:
