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:

电气和机械部件使用Simulink和Simscape electrical进行建模。金宝app控制系统由两个级联反馈回路组成，控制直流电机的驱动电流和角速度。

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动作。两个控制器的输出都限制在正负5。

设计规范

我们需要调整比例和积分增益，以在大约0.1秒内以最小的超调响应2000转/分的速度需求。模型初始增益设置为P=50, PI(s)=0.2+0.1/s，响应如图2所示。这种响应太慢，对负载扰动太敏感。

图2:未调优响应。

控制系统调优

您可以使用控制系统调谐器来联合调谐两个反馈回路。首先，从应用程序选项卡打开控制系统调谐器。

图3:打开控制系统调谐器。

这将打开控制系统调谐器。

图4:控制系统调谐器。

你在t=0.5处线性化模型，以避免t=0处某些导数的不连续。你可以把工作点设置在线性化在…．

图5:设置线性化工作点。

将线性化快照时间设置为t=0.5。

图6:设置线性化快照时间。

为了设置调优块的控制系统，打开选择模块从调优选项卡。

图7:控制系统调谐器的调谐标签。

这向您展示了已调优块的编辑器添加模块．

图8:调优块的编辑器

设置调优块电流PID而且速度PID通过在左侧的树中导航。

图9:选择调优块电流PID．

图10:选择调优块速度PID．

选定的调优块电流PID而且速度PID在编辑器中显示调优块。

图11:用所选调优块更新的编辑器。

它们也出现在调整块控制系统调谐器左侧的数据浏览器部分。

图12:控制系统调谐器中更新的调优块。

接下来指定跟踪目标，直流电机应该在0.1秒内遵循2000转/分的速度需求。下面是不同类型的目标新目标并选择参考跟踪．

图13:控制系统调谐器中可供选择的目标。

将跟踪目标命名为TR，从参考输入中指定跟踪目标rct_linact (rpm) / 1 /速度的需求到引用跟踪输出rct_linact/霍尔传感器/1[rpm]响应时间为0.1秒。

图14:控制系统调谐器中的参考跟踪对话框。

指定跟踪目标的图出现在控制系统调谐器和调优目标更新左侧“数据浏览器”部分。

图15:控制系统调谐器中的跟踪调谐目标。

你现在可以调整比例和积分增益与控制系统调谐器从点击调优按钮。更新跟踪目标图

图16:在控制系统调谐器中调谐块的更新跟踪目标图。

调优块使用调优增益值更新。为了验证此设计，绘制从速度需求到速度来源的闭环响应图新的剧情的控制系统选项卡。

图17:控制系统调谐器中的新绘图。

通过step plot对话框指定从速度需求到速度的闭环响应。

图18:控制系统调谐器中的步骤图对话框。

您可以在Control System Tuner中看到响应的阶跃图。

图19:控制系统调谐器中的步骤图。

在线性域的响应看起来很好，所以首先通过单击存储当前设计商店并通过单击将调整后的增益值推送到Simulink金宝app更新模块并在非线性模型中进一步验证设计。

图20:控制系统调谐器中调谐块的存储值。

非线性仿真结果如图21所示。非线性行为比线性近似差得多，这种差异可以追溯到内环的饱和(见图22)。

图21:调谐控制器的非线性仿真。

图22:电流控制器输出(限制为正负5)。

防止饱和度

到目前为止，我们只指定了外部(速度)循环所需的响应时间。这使得systune可以在内部循环和外部循环之间自由分配控制工作。内环的饱和表明比例增益过高，需要进行一些再平衡。一种可能的补救方法是显式地将speed命令的增益限制到P和PI控制器的输出。对于2000rpm的转速参考和正负5的饱和限制，平均增益不应超过5/2000 = 0.0025。为了保守起见，我们可以尝试将从速度参考到控制器输出的增益保持在0.001以下。要做到这一点，增加两个增益要求，并重新调整控制器增益与所有三个要求到位。

通过从调谐选项卡指定两个新目标来限制从速度需求到控制信号的增益，以避免饱和。您需要从Simulink模型中选择控制信号，因为它们之前没有定义。金宝app

图23:从速度需求到速度PID控制信号的增益目标对话框。

图24:从速度需求到当前PID控制信号的增益目标对话框。

新的增益目标出现在控制系统调谐器的调谐目标部分。

图25:两个增益目标添加到控制系统调谐器。

使用这些额外的需求进行调整。在工具右下方访问的调优报告显示了最差增益1.39，这表明需求接近但不完全满足(当最终增益小于1时，所有需求都满足了)。

图26:重新调优后的调优报告。

接下来通过点击在线性域中比较两种设计比较在控制系统选项卡。

图27:比较两种设计。

第二种设计不那么激进，但仍然满足响应时间的要求。

图28:两种设计的步骤响应。

最后，将调整后的增益值推入Simulink模型金宝app更新模块并模拟对2000rpm转速需求和500n负载扰动的响应。仿真结果如图29所示，电流控制器输出如图30所示。

图29:增益约束下调谐的非线性响应。

图30:电流控制器输出。

非线性响应现在是令人满意的，电流回路不再饱和。额外的增益限制已经迫使systune在内环和外环之间重新分配控制工作，以避免饱和。