姿态控制HL-20自动驾驶仪-分布式天线的设计
这是示例系列的第4部分的设计和优化HL-20飞行器的飞行控制系统。这部分展示了如何优化MIMOπ体系结构控制辊,石油,汽车的偏航。
背景
下面的例子使用了改编自HL-20模型NASA HL-20解除身体机体(航天Blockset),请参阅本系列的第1部分(削减和HL-20机身的线性化详情)。在第2部分和第3部分中,我们展示了如何关闭内部循环和调优外循环的一个经典HL-20自动驾驶仪的输出架构,明白了角速率控制HL-20自动驾驶仪和HL-20自动驾驶仪姿态控制——输出设计获取详细信息。在这个例子中,我们探索的好处切换到MIMO架构了外循环。
在此体系结构中,三个π循环螺距,α,β3-input所取代,3-output PI控制器融合,α和β测量计算内循环选点p_demand, q_demand r_demand。直观地说,这种架构应该更成功地减少他们之间的轴。注意,3×3的矩阵P和我收益计划作为α和β的函数。
首先,加载模型,设置CTYPE3选择MIMO控制器块的变体,并重新应用步骤关闭内部循环的第2部分(这部分的设计是不变)。注意,这将创建和配置一个slTuner接口ST0交互仿真软件模型。金宝app
load_system (“csthl20_control”)CTYPE = 3;%天线系统架构HL20recapPart2 ST0
slTuner优化界面“csthl20_control”:没有调整块。使用addBlock命令添加新块。9分析点:- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -点1:信号博士da;德”,位于“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统控制器的点2:信号“评定”,位于csthl20_control / HL20机身的输出端口2点3:输出端口1的csthl20_control /飞行控制系统/ Alpha_deg点4:“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统/ Beta_deg点5:“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统/ Phi_deg 6:点的输出端口1 csthl20_control /飞行控制系统/控制器/ MIMO /需求点7:信号“p_demand”,位于“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统/控制器/ MIMO / Roll-off1点8:信号“q_demand”,位于“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统/控制器/ MIMO / Roll-off2点9:信号“r_demand”,位于“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统/控制器/那/ Roll-off3没有永久的空缺。使用addOpening命令添加新的永久的空缺。点符号获取/设置访问属性:参数:[]OperatingPoints:[](模型初始条件将使用)。BlockSubstitutions: x1 struct[3]选项:[1 x1线性化。SlTunerOptions] Ts: 0
设置为外循环优化
在输出设计(HL-20自动驾驶仪姿态控制——输出设计),第一步是获取一个线性化模型的“植物”被外循环在每个(α,β)条件。占的内循环收益Kp, Kq,基米-雷克南随(α,β),取代”米姆/产品”块线性等价,即对角线增益矩阵
黑色=“csthl20_control /飞行控制系统/控制器/ MIMO /产品的;潜艇=[0(3)追加(ss (Kp),学生(Kq),学生(Kr)));BlockSub4 =结构(“名字”黑色,“价值”、潜艇);ST0。(ST0 BlockSubstitutions =。BlockSubstitutions;BlockSub4];
获得安排“P”和“我”初始化常数对角矩阵诊断接头((0.05,0.05,-0.05))。情节的角度反应初始设置。
T0 = getIOTransfer (ST0,“需求”,{“Phi_deg”,“Alpha_deg”,“Beta_deg”});步骤(T0, 6)
调优目标
多输入多输出信号增益调整时间表我们使用以下三个优化目标:
“敏感性”目标指定所需的带宽(响应时间),在低频率最大化脱钩。
s =特遣部队(“年代”);R1 = TuningGoal.Sensitivity ({“Phi_deg”,“Alpha_deg”,“Beta_deg”},s);R1。专注=(1)依照1);R1。LoopScaling =“关闭”;viewGoal (R1)
“获得”约束闭环传输从角要求角响应。获取配置文件选择执行足够的转出和限制过度(相关峰附近的交叉)。
MaxGain = 1.2 * (10 / (s + 10)) ^ 2;%最大增益配置文件R2 = TuningGoal.Gain (“要求”,{“Phi_deg”,“Alpha_deg”,“Beta_deg”},MaxGain);viewGoal (R2)
“利润率”目标需要获得利润的至少7 dB和阶段的利润至少45度(磁盘边缘意义上)。
R3 = TuningGoal.Margins (“博士da;德;”7、45);
增益调度优化
米姆PI控制器的增益调度是指定的“P”和“我”在那块结构。回想一下,这些块输出3 x3的多输入多输出信号传递函数矩阵和实施:
为了说明,我们使用MATLAB功能块实现比例增益调度和一块矩阵插值来实现积分增益调度。矩阵插值块住在”模型配件库,是一个查找表,每个表条目是一个矩阵。金宝app
调整P和我获得时间表,相应的块标记为可调的slTuner接口。
TunedBlocks = {“那/ P”,“那/我”};ST0.addBlock (TunedBlocks)
参数化每个调增益调度作为一个多项式在α和β表面。我们使用二次表面的比例增益和多重线性表面积分增益。
%(α,β)设计的网格点alpha_vec = 10:5:25;α%范围beta_vec = 10:5:10;%测试范围(α,β)= ndgrid (alpha_vec beta_vec);SG =结构(“α”α,“β”,β);%比例增益矩阵alphabetaBasis = polyBasis (“规范”2、2);P0 =诊断接头(0.05 [0.05—-0.05]);%初始(常数)值PS = tunableSurface (“P”P0, SG, alphabetaBasis);ST0.setBlockParam (“P”、PS);%积分增益矩阵alphaBasis = @阿尔法(α);betaBasis = @(β)abs(β);alphabetaBasis = ndBasis (alphaBasis betaBasis);I0 =诊断接头(0.05 [0.05—-0.05]);是= tunableSurface (“我”I0 SG, alphabetaBasis);ST0.setBlockParam (“我”,);
最后,使用systune调整6获得表面三个优化目标。
圣= systune (ST0 (R1, R2 R3));
最后:软= 1.13,=无穷,迭代= 110
的最终价值目标函数表明,调优目标几乎达到了(一个调优的目标是满足其“价值”小于1)。绘制闭环角响应与基线比较设计。
T = getIOTransfer(圣“需求”,{“Phi_deg”,“Alpha_deg”,“Beta_deg”});步骤(T0, T, 6)传说(“基线”,“调”,“位置”,“东南”)
这些反应过度和交叉耦合相比显著减少输出设计。
验证
进一步验证此设计,推动调整获得表面仿真软件模型。金宝app
writeBlockValue (ST)
的矩阵插值阻止“我”,这个样品获得表面在餐桌上断点并更新表数据模型中工作区。MATLAB函数块“P”,这对获得表面方程生成MATLAB代码。你可以看到这段代码通过双击。
一旦你把收益模型,优化分布式天线架构已经完成,你可以模金宝app拟其行为在着陆的方法。
这些反应不是很不同的输出设计(HL-20自动驾驶仪姿态控制——输出设计)由于轻微的整个操作的要求。文中设计的好处会更可见的更具挑战性的回旋余地。
