工厂模型Gain-Scheduled控制器调优- MATLAB和Simulink MathWorks德国金宝appgydF4y2Ba

工厂模型Gain-Scheduled控制器调优gydF4y2Ba

增益调度控制方法控制非线性植物。调整gain-scheduled控制系统,您需要一个近似的线性模型集合选择附近的非线性动力学设计点。一般来说,植物的动态非线性微分方程描述的形式:gydF4y2Ba

$\begin{array}{l} \overset{˙gydF4y2Ba}{xgydF4y2Ba} =gydF4y2Ba fgydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba,gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba \\ ygydF4y2Ba =gydF4y2Ba ggydF4y2Ba (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba,gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba \end{array}$

在这里,gydF4y2BaxgydF4y2Ba状态向量,gydF4y2BaugydF4y2Ba是植物输入,gydF4y2BaygydF4y2Ba是植物的输出。这些非线性微分方程可以被显式地为一个特定的系统。更常见的,他们是隐式地指定,如仿真软件金宝appgydF4y2Ba^®gydF4y2Ba模型。gydF4y2Ba

你可以将这些非线性动力学转换成一个家庭的线性模型描述周围的植物的本地行为操作点的家庭gydF4y2Ba(gydF4y2BaxgydF4y2Ba(gydF4y2BaσgydF4y2Ba),gydF4y2BaugydF4y2Ba(gydF4y2BaσgydF4y2Ba))gydF4y2Ba由调度变量参数化,gydF4y2BaσgydF4y2Ba。偏离名义操作条件被定义为:gydF4y2Ba

$δgydF4y2Ba xgydF4y2Ba =gydF4y2Ba xgydF4y2Ba -gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba δgydF4y2Ba ugydF4y2Ba =gydF4y2Ba ugydF4y2Ba -gydF4y2Ba ugydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba$

这些偏差控制、一阶gydF4y2Ba线性变参数gydF4y2Ba动态:gydF4y2Ba

$\begin{matrix} \overset{˙gydF4y2Ba}{δgydF4y2Ba} xgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba δgydF4y2Ba xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba BgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba δgydF4y2Ba ugydF4y2Ba,gydF4y2Ba & δgydF4y2Ba ygydF4y2Ba =gydF4y2Ba CgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba δgydF4y2Ba xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba DgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba δgydF4y2Ba ugydF4y2Ba,gydF4y2Ba \\ 一个gydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba =gydF4y2Ba \frac{\partialgydF4y2Ba fgydF4y2Ba}{\partialgydF4y2Ba xgydF4y2Ba} (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba)gydF4y2Ba & BgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba =gydF4y2Ba \frac{\partialgydF4y2Ba fgydF4y2Ba}{\partialgydF4y2Ba ugydF4y2Ba} (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba)gydF4y2Ba \\ CgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba =gydF4y2Ba \frac{\partialgydF4y2Ba ggydF4y2Ba}{\partialgydF4y2Ba xgydF4y2Ba} (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba)gydF4y2Ba & DgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba =gydF4y2Ba \frac{\partialgydF4y2Ba ggydF4y2Ba}{\partialgydF4y2Ba ugydF4y2Ba} (gydF4y2Ba xgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba ugydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba \end{matrix}$

这连续的线性近似非线性动力学被称为线性变参数(LPV)模型:gydF4y2Ba

$\begin{array}{l} \frac{dgydF4y2Ba xgydF4y2Ba}{dgydF4y2Ba tgydF4y2Ba} =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba BgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba ugydF4y2Ba \\ ygydF4y2Ba =gydF4y2Ba CgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba xgydF4y2Ba +gydF4y2Ba DgydF4y2Ba (gydF4y2Ba σgydF4y2Ba)gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 。gydF4y2Ba \end{array}$

LPV模型描述了线性化植物动力学变化随着时间的推移,操作条件,或任何其他调度变量。例如,飞机的俯仰轴动态可以用一个近似LPV模型依赖于入射角,gydF4y2BaαgydF4y2Ba空气速度,gydF4y2BaVgydF4y2Ba和高度,gydF4y2BahgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在实践中,你替换这个连续体的植物模型由一组有限的线性模型获得合适的网格gydF4y2BaσgydF4y2Ba这种替换值抽样LPV动态工作范围和选择一组代表性的gydF4y2BaσgydF4y2Ba值,你gydF4y2Ba设计点gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

Gain-scheduled控制器产生最好的结果当植物设计点之间的动态变化平稳。gydF4y2Ba

得到线性模型的家庭gydF4y2Ba

如果你没有这个家庭的线性模型,有几种方法获得,包括:gydF4y2Ba

如果你有一个仿真软件模型,金宝appgydF4y2Ba修剪和线性化模型在设计点gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
线性化模型模型金宝appgydF4y2Ba使用参数变化gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
如果调度变量是时间,在一系列的线性化模型gydF4y2Ba模拟快照gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
如果你有非线性微分方程描述的植物,在设计点线性化。gydF4y2Ba

为了优化利益时间表,在获得线性模型的家庭之后,您必须将它与一个gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba可调闭环模型的接口来建立一个家庭。为此,使用块替换,如中描述gydF4y2Ba多个设计点在slTuner接口gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在设计点设置增益调度的线性化gydF4y2Ba

打开脚本gydF4y2Ba

这个例子展示了如何在一组线性化植物模型的优化设计点gain-scheduled控制器。然后使用的示例生成的线性化模型来配置一个gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba界面优化增益调度。gydF4y2Ba

打开gydF4y2Barct_CSTRgydF4y2Ba模型。gydF4y2Ba

mdl =gydF4y2Ba“rct_CSTR”gydF4y2Ba;open_system (mdl)gydF4y2Ba

在这个模型中,gydF4y2Ba集中控制器gydF4y2Ba和gydF4y2Ba温度控制器gydF4y2Ba依赖于输出浓度gydF4y2BaCrgydF4y2Ba。设置这个gain-scheduled系统调优,你一组稳态操作点线性化植物,对应于不同的调度参数值gydF4y2BaCrgydF4y2Ba。有时,方便使用一个单独的模式植物的修剪和各种操作条件下线性化。例如,在这种情况下,最简单的方式来获得这些线性化是使用一个单独的开环模型的植物,gydF4y2Barct_CSTR_OLgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

mdl_OL =gydF4y2Ba“rct_CSTR_OL”gydF4y2Ba;open_system (mdl_OL)gydF4y2Ba

在设计点修剪植物gydF4y2Ba

假设您想要控制这种植物的范围gydF4y2BaCrgydF4y2Ba值从gydF4y2Ba4gydF4y2Ba来gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。削减模型寻找一组稳态操作点值在这个范围内。这些值优化的设计要点。gydF4y2Ba

Cr = (4:8) ';gydF4y2Ba%浓度gydF4y2Ba为gydF4y2Bak = 1:长度(Cr) opspec = operspec (mdl_OL);gydF4y2Ba%设置所需的残余浓度gydF4y2Baopspec.Outputs (1)。y = Cr (k);opspec.Outputs (1)。知道= true;gydF4y2Ba%计算平衡条件gydF4y2Ba(op (k)、报告(k)] = findop (mdl_OL、opspec findopOptions (gydF4y2Ba“DisplayReport”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“关闭”gydF4y2Ba));gydF4y2Ba结束gydF4y2Ba

人事处gydF4y2Ba是一个数组的稳态运行点。稳态运行点的更多信息,请参阅gydF4y2Ba操作点gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在设计点线性化gydF4y2Ba

线性化植物模型使用gydF4y2Ba人事处gydF4y2Ba返回一个数组的线性时不变模型,每个线性化相应的设计点。gydF4y2Ba

G =线性化(mdl_OL,gydF4y2Ba“rct_CSTR_OL /装运箱”gydF4y2Ba,op);gydF4y2Ba

创建gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba接口与块替换gydF4y2Ba

优化控制系统gydF4y2Barct_CSTRgydF4y2Ba,创建一个gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba界面渗流系统的设计点。使用块替换更换工厂gydF4y2Barct_CSTRgydF4y2Ba与线性化植物模型数组gydF4y2BaGgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

blocksub。Name =gydF4y2Ba“rct_CSTR /装运箱”gydF4y2Ba;blocksub。Value = G; tunedblocks = {“金伯利进程”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“吻”gydF4y2Ba};ST0 = slTuner (mdl tunedblocks blocksub);gydF4y2Ba

对于这个示例,只有π系数gydF4y2Ba集中控制器gydF4y2Ba被指定为调整块。不过,总体而言,gydF4y2BatunedblocksgydF4y2Ba列出所有块调整。gydF4y2Ba

关于使用块替换配置的更多信息gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba界面gain-scheduled控制器调优,明白了gydF4y2Ba多个设计点在slTuner接口gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

另一个例子,说明了如何使用修剪和线性化的线性模型来生成一个家庭gain-scheduled控制器调优,明白了gydF4y2Ba削减和HL-20机身的线性化gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

示例系统模拟快照gydF4y2Ba

如果你是控制系统参考轨迹附近(gydF4y2BaxgydF4y2Ba(gydF4y2BaσgydF4y2Ba),gydF4y2BaugydF4y2Ba(gydF4y2BaσgydF4y2Ba),使用快照线性化示例系统不同的地方gydF4y2BaσgydF4y2Ba轨迹。使用这种方法对时变系统的调度变量是时间。gydF4y2Ba

在一组线性化系统模拟快照,使用向量的积极的标量gydF4y2Ba人事处gydF4y2Ba输入参数的gydF4y2Ba线性化gydF4y2Ba,gydF4y2BaslLinearizergydF4y2Ba,或gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba。这些标量的模拟次线性化模型。使用相同的时间值作为设计点的可调的表面系统。gydF4y2Ba

示例系统在不同参数值gydF4y2Ba

如果调度仿真软件模型中的变量是一个参数,您可以使用参数变化对参数网格采样控制系统。金宝app例如,假设你想优化模型gydF4y2Basuspension_gsgydF4y2Ba包含两个参数,gydF4y2BaKsgydF4y2Ba和gydF4y2Ba废话gydF4y2Ba。这些参数都可以随一些已知的范围内,模型和控制器增益变化作为两个参数的函数。gydF4y2Ba

建立这样一个模型调优,创建一个网格的参数值。对于这个示例,让gydF4y2BaKsgydF4y2Ba从1 - 5,让gydF4y2Ba废话gydF4y2Ba从0.6 - 0.9不等。gydF4y2Ba

Ks = 1:5;b = [0.6:0.1:0.9];[Ksgrid, Bsgrid] = ndgrid (Ks, Bs);gydF4y2Ba

这些值的设计点样本和调优系统。例如,创建一个gydF4y2BaslTunergydF4y2Ba接口模型,假设一个可调谐块,gydF4y2Ba查找表gydF4y2Ba块命名gydF4y2BaKgydF4y2Baparameter-dependent增益模型。gydF4y2Ba

参数(1)=结构(gydF4y2Ba“名字”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“Ks”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“价值”gydF4y2Ba,Ksgrid);参数(2)=结构(gydF4y2Ba“名字”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“废话”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“价值”gydF4y2Ba,Bsgrid);国标= slTuner (gydF4y2Ba“suspension_gs”gydF4y2Ba,gydF4y2Ba“K”gydF4y2Ba、参数);gydF4y2Ba

slTunergydF4y2Ba样本模型gydF4y2Ba(Ksgrid Bsgrid)gydF4y2Ba中指定的值gydF4y2Ba参数个数gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

接下来,使用相同的设计点创建一个可调增益参数化的表面gydF4y2BaKgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

设计=结构(gydF4y2Ba“Ks”gydF4y2BaKsgrid,gydF4y2Ba“废话”gydF4y2Ba,Bsgrid);Bs shapefcn = @ (Ks) (Ks, Bs, Ks * Bs);K = tunableSurface (gydF4y2Ba“K”gydF4y2Ba1、设计shapefcn);setBlockParam (ST0gydF4y2Ba“K”gydF4y2Ba、K);gydF4y2Ba

参数化后的所有预定的收益,你可以创建你的调优目标和优化系统gydF4y2BasystunegydF4y2Ba。gydF4y2Ba

消除不必要的设计样本点gydF4y2Ba

有时,你的采样网格包括点代表无关的或非物质的设计点。你可以从模型网格完全消除这样的设计点,这样他们不会导致任何调优阶段或分析。为此,使用gydF4y2BavoidModelgydF4y2Ba,替换模型中的模型指定数组gydF4y2Ba南gydF4y2Ba。gydF4y2BavoidModelgydF4y2Ba替换模型在模型中指定的数组gydF4y2Ba南gydF4y2Ba。使用gydF4y2BavoidModelgydF4y2Ba让你的设计在一个网格的设计点,几乎是正常的。gydF4y2Ba

还有其他的工具来控制哪些模型有助于设计和分析。例如,您可能会想:gydF4y2Ba

保持网格中的一个模型进行分析,但是它排除在调优。gydF4y2Ba
保持网格中的一个模型调优,但排除它从一个特定的设计目标。gydF4y2Ba

有关更多信息,请参见gydF4y2Ba改变需求与操作条件gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

LPV植物gydF4y2BaMATLABgydF4y2Ba

在MATLABgydF4y2Ba^®gydF4y2BaLTI植物模型,您可以使用一个数组来表示一个LPV系统在不同值的采样gydF4y2BaσgydF4y2Ba。把集合中的每个线性模型和底层设计点,使用gydF4y2BaSamplingGridgydF4y2BaLTI模型的属性数组gydF4y2BaσgydF4y2Ba。获得这样的一个方法是创建一个数组参数广义状态空间(gydF4y2Ba一族gydF4y2Ba)系统的模型和样本模型具有参数变异生成数组。例如,看到的gydF4y2Ba抽样可调参数变化的研究模型gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

另请参阅gydF4y2Ba

slTunergydF4y2Ba|gydF4y2BafindopgydF4y2Ba|gydF4y2BavoidModelgydF4y2Ba