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用于调整HL-20自动驾驶仪的MATLAB工作流程

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这是用于HL-20车辆的飞行控制系统的设计和调整的示例系列的第5部分。本部分显示如何在MATLAB中执行大多数设计，而无需与Simulink模型进行交互。金宝app

背景

此示例使用自适应的HL-20模型NASA HL-20升降机身机身（航空航天块集），见该系列的第1部分（HL-20机身的修剪和线性化）有关详细信息。自动驾驶仪控制飞机的姿态由三个内环和三个外循环。

在第2部分（HL-20自动驾驶仪中的角速率控制）和第3部分（HL-20 AutoPilot中的态度控制 - Siso设计），我们展示了如何关闭内部环路并调整外部环路的增益计划。这些例子利用了SLTUNER.接口与Simulink模型交互，获取线性化模型和控制系统响应，金宝app然后将调谐值推回Simulink。

对于简单的架构和快速设计迭代，它可以是优选的（和概念上更简单）来操纵MATLAB中的线性化模型，并使用基本命令反馈关闭循环。此示例示出了如何执行在MATLAB部分2和3的设计步骤。

获得植物模型

要调整自动驾驶仪，我们需要从偏转角位置和价格的传递函数的线性模型。要做到这一点，从“修剪和线性化”的步骤结果启动（见HL-20机身的修剪和线性化）。回顾G7.是40种不同（alpha，beta）条件的机身的七态线性模型，和CS是控件选择块的线性化。

加载csthl20_trimdata.G7.CS

使用Simulink金宝app Model“CSTHL20_TRIM”作为选择I / O的参考，通过连接构建所需的工厂模型G7.和CS串联。不要忘记将PHI，Alpha，β从弧度转换为程度。

R2D = 180 / PI;g =诊断（[1 1 1 R2D R2D R2D]）* G7（[4：7 31:32]，1：6）* CS（：，1：3）;g.inputname = {'da'那'de'那'博士'};g.outputname = {'P'那'Q'那'r'那'phi_deg'那'alpha_deg'那'beta_deg'};尺寸（g）
8x5状态空间模型数组。每个模型有6个输出，3个输入和7个状态。

这给我们植物模型上的用于修剪（α，β）的条件下的8×5网格阵列。

关闭内圈

要关闭内部环路，我们遵循与第2部分相同的程序（HL-20自动驾驶仪中的角速率控制）。这包括选择增益KP，KQ，KR，分别将P，Q，R循环的交叉频率分别设置为30,22.5和37.5 rad / s。

％计算kp，kq，kr为每个（alpha，beta）条件。gpqr = g（{'P'那'Q'那'r'}，:);kp = 1./abs(evalfr（gpqr (1,1),30i）））;kq = -1./abs（日见列难（GPQR（2,2））））;kr = -1./abs（日见列（公（GPQR）））;BODE（GPQR（1,1）* KP，GPQR（2,2）* KQ，GPQR（3,3）* KR，{1E-1,1E3}），网格图例（'da到p'那'de to q'那'去r'）

图包含2个轴。轴1包含120个类型的物体。这些对象代表da到p，de to q，dr到r。轴2包含120个类型的类型。这些对象代表da到p，de to q，dr到r。

用反馈关闭三个内部环。在工厂输入DA，DE，DR供以后评估稳定性边距，在植物输入DA的分析点。

CPQR = Append（SS（KP），SS（KQ），SS（KR））;APU = Analysispoint（'U'，3）;apu.location = {'da'那'de'那'博士'};GPOS =反馈（G * APU * CPQR，EYE（3），1：3,1：3）;gpos.InputName = {'p_demand'那'q_demand'那'r_demand'};大小（GPO）
8x5广义状态空间模型数组。每个型号有6个输出，3个输入，7个状态和1个块。

请注意，这些命令进行无缝管理，我们正在处理对应的各种（α，β）条件下的植物及其产生的收益阵列的事实。

调整外环

接下来移动到外环。我们已经有一系列线性模型GPO.对于外环看到的“植物”。第3部分（HL-20 AutoPilot中的态度控制 - Siso设计），参数的六个增益调度为α和β多项式表面。同样，我们使用的比例增益和多线性的表面为积分增益二次曲面。

（Alpha，Beta）设计点的％网格alpha_vec = -10：5：25;％alpha范围beta_vec = -10：5：10;％beta范围[alpha，beta] = ndgrid（alpha_vec，beta_vec）;sg = struct（'α'，α，'beta'，beta）;％比例收益Alphabetabasis = PolyBasis（'典范'，2,2）;p_phi = tunballulface（'pphi'，0.05，SG，alphabetaBasis）;p_alpha = tunablyurface（'Palpha'，0.05，SG，alphabetaBasis）;p_beta = tunballulface（'pbeta'，-0.05，sg，alphabetabasis）;％积分增长alphabasis = @（alpha）alpha;betaBasis = @（测试版）ABS（测试版）;alphabetabasis = ndbasis（alphabasis，betabasis）;I_PHI = Tunablyurface（'iphi'，0.05，SG，alphabetaBasis）;i_alpha = tunballulface（'Ialpha'，0.05，SG，alphabetaBasis）;i_beta = tunballulsurface（'ibeta'，-0.05，sg，alphabetabasis）;

为外环的总体控制单元是对角3×3 PI控制器采取的角度位置PHI，α，β的误差以及计算所述速率需求p_demand，q_demand，r_demand。

kp =附加（p_phi，p_alpha，p_beta）;ki =附加（i_phi，i_alpha，i_beta）;CPOS = kp + ki * tf（1，[1 0]）;

最后，使用反馈为了获得外环的可调闭环模型。为了启用调谐和闭环分析，请在工厂输出中插入分析点。

RollOffFilter = TF（10，[110]）;apy = Analysispoint（'是'，3）;apy.location = {'phi_deg'那'alpha_deg'那'beta_deg'};T0 =反馈（APY * GPO（4：6，:) * Rollofffilter * CPOS，Eye（3））;t0.InputName = {'phi_demand'那'alpha_demand'那'beta_demand'};t0.outputname = {'phi_deg'那'alpha_deg'那'beta_deg'};

您可以绘制初始增益表面设置的闭环响应（恒定增益为0.05）。

步骤（t0,6）

图包含9个轴。具有标题的轴1来自：phi_demand包含40个类型的类型。此对象表示T0。轴2包含40个类型的线路。此对象表示T0。轴3包含40个类型的类型。此对象表示T0。具有标题的轴4来自：alpha_demand包含40个类型的类型。此对象表示T0。轴5包含40个类型的类型。 This object represents T0. Axes 6 contains 40 objects of type line. This object represents T0. Axes 7 with title From: Beta_demand contains 40 objects of type line. This object represents T0. Axes 8 contains 40 objects of type line. This object represents T0. Axes 9 contains 40 objects of type line. This object represents T0.

调整目标

使用与第3部分相同的调谐目标（HL-20 AutoPilot中的态度控制 - Siso设计）。这些包括“minloopgain”和“MaxLooggain”目标，可以在0.5和5 rad / s之间设置外环的增益交叉。

r1 = tuninggoal.minloopgain（{'phi_deg'那'alpha_deg'那'beta_deg'}，0.5,1）;r1.loopscaling =.'离开';r2 = tuninggoal.maxloopgain（{'phi_deg'那'alpha_deg'那'beta_deg'}，TF（50，[1 10 0]））;r2.loopscaling =.'离开';

这些还包括不同的“边距”目标，以在每个循环和跨越环路中施加足够的稳定性边缘。

％收获边距Vs（alpha，beta）gm = [......6 6 6 6 6 6 6 7 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 6 6 7 6 6 6 6 6 6 6];％相边距Vs（alpha，beta）PM = [......40 40 40 40 40 40 40 45 40 40 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 40 40 45 40 40 40 40 40 40 40];％营造出不同的目标fh = @（gm，pm）tuninggoal.margins（{'da'那'de'那'博士'}，通用汽车，PM）;R3 =改变戈尔戈尔（FH，GM，PM）;

增益时间表调整

你现在可以使用Systune.在所有40个设计点处塑造六个增益面反对调谐目标。

T = SYSTUNE（T0，[R1 R2 R3]）;
Final：Soft = 1.03，硬= -Inf，迭代= 52

最终的客观值接近1，所以专注目标基本上满足。画出闭环角度响应，并与初始设置比较。

步骤（t0，t，6）图例（'基线'那'调整'那'地点'那'东南'）

图包含9个轴。具有标题的轴1来自：phi_demand包含80个类型的类型线。这些对象代表基线，调整。轴2包含80个类型的类型。这些对象代表基线，调整。轴3包含80个类型的类型。这些对象代表基线，调整。具有标题的轴4来自：Alpha_Demand包含80个类型的类型。这些对象代表基线，调整。轴5包含80个类型的类型。 These objects represent Baseline, Tuned. Axes 6 contains 80 objects of type line. These objects represent Baseline, Tuned. Axes 7 with title From: Beta_demand contains 80 objects of type line. These objects represent Baseline, Tuned. Axes 8 contains 80 objects of type line. These objects represent Baseline, Tuned. Axes 9 contains 80 objects of type line. These objects represent Baseline, Tuned.

结果匹配第2部分和3.调谐增益表面也是相似的。

CLF.％注意：setBlockValue更新每个增益表面，其中T中的调谐系数子图（3,2,1），ViewsURF（SetBlockValue（P_Phi，T））子图（3,2,3），ViewsURF（SetBlockValue（P_Alpha，T））子图（3,2,5），ViewSurf（SetBlockValue（P_Beta，T））副区（3,2,2），viewSurf（setBlockValue（I_PHI，T））副区（3,2,4），viewSurf（setBlockValue（I_ALPHA，T））副区（3,2,6），viewSurf（setBlockValue（I_BETA，T））

图包含6个轴。具有标题增益PPHI（Alpha，Beta）的轴1包含类型表面的物体。具有标题增益掌脑（Alpha，Beta）的轴2包含类型表面的对象。具有标题增益Pbeta（alpha，beta）的轴3包含类型表面的物体。具有标题增益IPHI（Alpha，Beta）的轴4包含类型表面的对象。具有标题增益Ialpha（α，beta）的轴5包含类型表面的物体。具有标题增益IBETA（Alpha，Beta）的轴6包含类型表面的对象。

你现在可以使用evalsurf.要对增益曲面进行采样并更新Simulink模型中的查找表。金宝app你也可以使用Codegen.生成增益表面方程的代码的方法。例如

％生成“p phi”块的代码Mcode = Codegen（SetBlockValue（P_PHI，T））;％获得“I PHI”查找表的调谐值kphi = evalsurf（setblockValue（i_phi，t），alpha_vec，beta_vec）;

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