多回路的控制系统设计
在许多应用程序中,一个单回路控制系统不可行是因为你们工厂设计或设计要求。如果你有一个与一个内外循环设计,您可以使用控制系统设计设计补偿器的循环。
典型的工作流优化补偿器的内循环,通过隔离内部循环的控制系统。一旦满意地调整内部循环,调整外循环以达到期望的闭环响应。
系统模型
对于本例发展为直流电机位置控制系统。一个单回路角速度控制器设计波德图设计。设计一个角位置控制器,添加一个包含一个积分器的外层循环。
定义一个整数植物模型中描述的输出示例:直流电机。
%定义电机参数L R = 2.0 = 0.5公里= .015 Kb = .015 Kf = 0.2 J = 0.02%建立状态方程模型= (- r / L kb / L;公里/ J kf / B J] = [1 / L;0);C = [0 1];D = [0];sys_dc = ss (A, B, C, D);
设计目标
设计目标是最小化闭环阶跃响应沉降时间,同时保持一个内循环阶段保证金至少65度与最大带宽:
最小闭环阶跃响应解决时间。
内循环阶段保证金至少65度。
最大内环路带宽。
匹配系统控制架构
控制系统设计有六个可能的控制架构,您可以选择。这些架构的更多信息,请参阅反馈控制架构。
对于这个示例使用配置4,它有一个内部和外部控制回路。
目前,控制系统结构不匹配配置4。然而,使用框图代数,您可以修改系统模型通过添加:
电动机的积分器输出角位移。
内循环的反馈路径的区别。
在MATLAB®命令行,积分器添加到电机工厂模型。
工厂= sys_dc *特遣部队(1,(1,0));
创建一个初始模型的内环路补偿器包含反馈微分器。
Cdiff =特遣部队(“年代”);
定义控制体系结构
开放控制系统设计。
controlSystemDesigner
在控制系统设计,在控制系统选项卡上,单击编辑架构。
在对话框编辑架构下选择控制体系结构,单击第四架构。
导入植物和控制器模型的MATLAB工作区。
在块选项卡,为:
控制器C2,指定一个价值的
Cdiff。植物G,指定一个价值的
植物。
点击好吧。
应用程序更新的控制架构和进口指定的模型汽车工厂和内循环控制器。
在控制系统设计,下面的情节开放:
波德编辑LoopTransfer_C1——开环预示编辑外循环
根轨迹编辑LoopTransfer_C1——开环根轨迹编辑外循环
波德编辑LoopTransfer_C2——开环预示编辑器内循环
根轨迹编辑LoopTransfer_C2——开环根轨迹编辑器内循环
IOTransfer_r2y:步骤——整体闭环输入的阶跃响应r输出y
对于这个示例,关闭波德编辑LoopTransfer_C1和根轨迹编辑LoopTransfer_C2情节。
自内循环首先是调整块配置视图的内循环预示编辑阴谋。在视图选项卡上,单击单,然后单击波德编辑LoopTransfer_C2。
隔离内部循环
孤立的内部循环的控制系统体系结构,添加一个循环开放的开环响应内循环。在数据浏览器,右键单击LoopTransfer_C2,并选择开放的选择。
添加一个循环开放和补偿器的输出,C1在开环传递函数对话框中,点击
环开口位置添加到列表。然后,选择uC1。
点击好吧。
应用程序添加了一个循环在选定的位置。这个开口移除的效果外控制回路的开环传递函数内部循环。
的波德编辑器响应图更新以反映新的开环传递函数。
优化内部循环
增加的带宽内循环,增加补偿器的增益C2。
在波德编辑器情节,向上拖动级响应,直到阶段保证金是65度。这对应于一个补偿器获得的107年。增加获得进一步减少阶段保证金低于65度。
或者,您可以调整使用补偿器的增益值编辑器。有关更多信息,请参见编辑动态补偿器。
调外循环
与内环路调谐,你现在可以调优外层循环减少闭环校正时间。
在控制系统设计,在视图选项卡上,选择左/右。安排情节来显示根轨迹为LoopTransfer_C1和IOTransfer_r2y_step同时情节。
要查看当前结算时间,阶跃响应图中单击鼠标右键并选择特征>沉淀时间。
当前的闭环稳定时间大于500秒。
在根轨迹编辑器,增加补偿器的增益C1。随着收益的增加,复杂的极点对走向较慢的时间常数和真正的极朝着更快的时间常数。获得的600年产生良好的上升时间和沉降时间之间的妥协。
闭环稳定时间低于0.8秒,一个内循环阶段的65度,设计满足设计要求。
