直线电动执行器模型

打开线性电动执行器金宝app的Simulink模型：

Open_System（'rct_linact'）

电气和机械组件使用Simscape电气和Simscape多体建模。控制系统由两个级联反馈回路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。两个控制器的输出限制在+ / - 5。

设计规范

我们需要调整比例和积分增益，以响应2000转转速的需求，在大约0.1秒内，最小超调。模型中初始增益设置为P=50, PI(s)=0.2+0.1/s，对应响应如图2所示。这种响应太慢，对负载干扰太敏感。

图2:未调优响应。

控制系统优化

您可以使用控制系统调谐器共同调整反馈循环。首先，从“应用”选项卡打开“控制系统调谐器”。

图3:打开控制系统调谐器。

这打开了控制系统调谐器。

图4：控制系统调谐器。

在t=0.5时将模型线性化，以避免在t=0时某些导数出现不连续。您可以将操作点设置在线性化......．

图5:为线性化设置工作点。

在T = 0.5处设置线性化快照时间。

图6：设置线性化快照时间。

为了设置控制系统的调谐块，打开选择模块从调优选项卡。

图7：控制系统调谐器的调整选项卡。

这将在您可以的地方显示调优块的编辑器添加模块．

图8：调谐块的编辑器。

设置调优的块电流PID和速度PID通过左侧的树导航。

图9：选择调谐块电流PID．

图10：选择调谐块速度PID．

选择调整块电流PID和速度PID在编辑器中显示调谐块。

图11:编辑器用选定的调优块更新。

他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:在控制系统调谐器中更新的调谐块。

接下来指定DC电机应在0.1秒内遵循2000 rpm速度需求的跟踪目标。看到不同类型的目标新进球并选择参考跟踪．

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，从参考输入指定跟踪目标rct_linact (rpm) / 1 /速度的需求到参考跟踪输出rct_linact / hall效果传感器/ 1 [rpm]响应时间0.1秒。

图14:控制系统调谐器中的参考跟踪对话框。

指定跟踪目标的曲线显示在控制系统调谐器中和调优目标更新左侧数据浏览器的部分。

图15：跟踪控制系统调谐器中的调谐目标。

您现在可以通过单击的控制系统调谐器调整比例和积分的增益调优按钮。跟踪目标的剧情已更新

图16：使用控制系统调谐器中的调谐块更新了跟踪目标绘图。

调整块以调谐增益值更新。为了验证这种设计，请从速度需求绘制闭环响应到速度新情节的控制系统标签。

图17：控制系统调谐器中的新图。

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情节对话框。

您可以看到控制系统调谐器中的响应的步骤图。

图19:控制系统调谐器中的步骤图。

响应在线性域中看起来很好，所以首先通过单击存储当前的设计商店并按单击将调谐增益值推向Simulink金宝app更新模块并进一步验证非线性模型中的设计。

图20:控制系统调谐器中调谐块的存储值。

非线性模拟结果出现在图21中。非线性行为远远差，线性近似远远差，可以追溯到内环中的饱和度的差异（参见图22）。

图21调谐控制器的非线性仿真。

图22：电流控制器输出（限制为加/减5）。

防止饱和度

到目前为止，我们只指定了外部(速度)循环的期望响应时间。这使得systune自由分配内部和外环之间的控制工作。内循环中的饱和情况表明，比例增益太高，需要一些重新平衡。一个可能的补救措施是将增益从速度命令显式限制到P和PI控制器的输出。对于2000 rpm和加上/减5的饱和限制的速度参考，平均收益不应超过5/2000 = 0.0025。要保守，我们可以尝试将增益从速度引用保持对0.001以下的控制器输出。为此，请添加两个增益要求，并通过所有三种要求调整控制器增益。

通过从调优选项卡指定两个新目标来控制信号以避免饱和度的速度需求限制增益。您需要选择来自Simulink模型的控制信号，因为它们之前未定义。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:从速度需求到电流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：添加到控制系统调谐器的两个增益目标。

重新调整这些额外的要求。在工具的右下角访问的调优报告显示了最差的增益1.39，这表明需求几乎得到了满足，但并没有完全满足(当最终增益小于1时，所有需求都得到了满足)。

图26:返回后的调优报告。

接下来通过单击比较线性域中的两个设计比较在控制系统选项卡。

图27:比较两种设计。

第二种设计没有那么激进，但仍然满足响应时间要求。

图28：两个设计的步骤响应。

最后，将新的调谐增益值推到Simulink模型金宝app更新模块并模拟对2000 rpm速度需求和500 n负载干扰的响应。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。

非线性响应现在令人满意，电流回路不再饱和。额外的增益限制已经强制systune重新分配内部和外部环之间的控制工作，以避免饱和度。