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直升机的多回路控制

这个示例使用:

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这个例子说明如何使用slTuner和systune来调谐多环控制器，用于旋翼飞行器。

直升机模型

此示例使用在悬停修整条件的8状态直升机模型。状态向量X = [U，W，Q，θ，V，P，PHI，R]由组成

  • 纵向速度你(米/秒)

  • 横向速度V.(米/秒)

  • 正常的速度W.(米/秒)

  • 螺旋角THETA(度)

  • 侧倾角φ(度)

  • 滚转率P.（度/秒）

  • 俯仰率问：（度/秒）

  • 偏航率R.(度/秒)。

控制器生成命令ds特区dT以度为纵环状，横向周期，和尾部旋翼集体使用的测量THETA那φ那P.那问：,R.。

控制体系结构

以下Simulink模型描述金宝app了控制架构：

open_system ('rct_helico'）

控制系统由两个反馈回路。内环（静态输出反馈）提供增稳和解耦。外环（PI控制器）提供了期望的设定点的跟踪性能。主要控制目标如下：

  • 轨迹设定点的变化THETA那φ,R.稳定状态误差为零，上升时间约为2秒，超调量最小，交叉耦合最小

  • 限制控制带宽，以防止忽略高频转子动力学和测量噪声

  • 提供强的多变量增益和相位裕度(对工厂输入和输出同步增益/相位变化的稳健性，参见diskmargin详情)。

我们在40弧度使用低通滤波器的截止/ s至部分地强制执行所述第二目标。

控制器整

您可以共同调整内环和外环与systune命令。该命令只需要对象和控制器的模型与所需的带宽（这是所希望的响应时间的函数）一起。当控制系统在Simulink中建模，您可以使用金宝appslTuner接口来快速设置调优任务。使用要调优的块列表创建此接口的实例。

ST0 = slTuner ('rct_helico', {'PI1'那'PI2'那“PI3”那“特种部队”}）;

每个可调块根据其类型自动参数化，并使用其在Simulink模型中的值进行初始化(金宝app$ 1 + 1 / S $PI控制器为零，静态输出反馈增益为零)。仿真模型表明，对于这些初始值，控制系统是不稳定的:

为设置点跟踪标记感兴趣的I/O信号，并识别测量稳定裕度的工厂输入和输出(控制和测量信号)。

addPoint（ST0，{“theta-ref”那“phi-ref”那“r-ref”}）％设定点命令addPoint（ST0，{'THETA'那“φ”那'R'}）%相应的输出addPoint（ST0，{'U'那“y”}）;

最后，使用捕捉设计要求TuningGoal对象。我们在这个例子中使用了以下要求:

  • 跟踪需求：的响应THETA那φ那R.到步骤命令theta_ref那phi_ref那r_ref必须类似于一秒时间常数的一阶解耦响应

  • 稳定裕度:工厂投入的多变量增益和相位裕度你和植物输出y必须至少5分贝和40度

  • 快速动态：闭环极点的幅度不得超过25，以防止快速的动态和瞬态生涩

与参考模型1不匹配小于20% /(s+1)TrackReq = TuningGoal.StepTracking（{“theta-ref”那“phi-ref”那“r-ref”}，{'THETA'那“φ”那'R'1)};TrackReq。RelGap = 0.2;％的增益和相位裕度在工厂输入和输出MarginReq1 = TuningGoal.Margins（'U'，5,40）;MarginReq2 = TuningGoal.Margins（“y”，5,40）;%限制快速动态MaxFrequency = 25;PoleReq = TuningGoal.Poles（0,0，MaxFrequency）;

您现在可以使用systune共同调整所有控制器参数。这将返回调谐版相约控制系统的ST0。

AllReqs = [TrackReq，MarginReq1，MarginReq2，PoleReq];ST1 = systune（ST0，AllReqs）;
决赛：软= 1.12，硬= -Inf，迭代次数= 71

最后的值接近1，所以要求几乎满足。绘制对阶跃命令的调谐响应，单位为，r:

T1 = getIOTransfer（ST1，{“theta-ref”那“phi-ref”那“r-ref”}，{'THETA'那“φ”那'R'}）;步骤(T1, 5)

上升时间约2秒，没有超调，交叉耦合少。您可以使用viewGoal对于每个需求的更彻底的验证，包括多变量稳定裕度的目视评估(见diskmargin细节):

图(“位置”[100100900474]) viewGoal (AllReqs相约)

检查PI控制器和静态输出反馈增益的调谐值。

showTunable(死神)
块1：rct_helico / PI1 = 1的Kp +的Ki * --- S采用的Kp = 1.04，奇= 2.07名称：并联形式PI1连续时间PI控制器。-----------------------------------块2：rct_helico / PI2 = 1的Kp +的Ki * ---S采用的Kp = -0.0994，奇= -1.35名称：并联形式PI2连续时间PI控制器。-----------------------------------块3：rct_helico / PI3 = 1的Kp +的Ki * ---S采用的Kp = 0.138，奇= -2.2名称：并联形式PI3连续时间PI控制器。-----------------------------------块4：rct_helico / SOF = d = U1 U2 U3 U4 U5 Y12.214 -0.3123 -0.003393 0.7855 -0.01528 Y2 -0.1918 -1.293 0.01821 -0.08494 -0.1195 Y3 -0.02143 -0.01528 -1.897 -0.002676 0.06789名称：SOF静态增益。

在内蒙古河套效益

你可能想知道是否静态输出反馈是必要的，是否PID控制器不足以控制直升机。这个问题很容易回答，通过重新调整控制器与内环打开。的后面添加一个打开的循环，首先打破内部循环SOF堵塞：

addOpening (ST0“特种部队”）

然后取出SOF从可调谐块列表框和重新参数化该PI块作为与正确的循环体征盛放的PID（如从第一设计推断）。

PID = PID（0,0.001,0.001，0.01）;％为PID控制器的初始猜测removeBlock（ST0，“特种部队”）;setBlockParam（ST0，......'PI1'，tunablePID（'C1'，PID），......'PI2'，tunablePID（'C2'，-pid）......“PI3”，tunablePID（'C3'pid));

重新调整三个PID控制器并绘制闭环步进响应。

ST2 = systune（ST0，AllReqs）;
Final:软= 4.94，硬= -Inf，迭代= 67
T2 = getIOTransfer (ST2, {“theta-ref”那“phi-ref”那“r-ref”}，{'THETA'那“φ”那'R'}）;图中，步骤（T2,5）

最终值是不再接近1和步骤就可以确认关于性能较差上升时间，过冲和去耦。这表明，内环具有应保留的一个重要的稳定作用。

也可以看看

|||（金宝appSimulink的控制设计）|（金宝appSimulink的控制设计）

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学习如何自动调整PID控制器增益

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