背景

この例ではNASA HL-20升降体机身(航天Blockset)から応用したHL-20モデルを使用します。詳細については,シリーズのパート1 (HL-20機体の平衡化と線形化)を参照してください。パート2と3ではHL-20自動操縦のクラシックな输出アーキテクチャの内側のループを閉じて外側のループを調整する方法を示しました。詳細については,HL-20の自動操縦における角速度の制御およびHL-20の自動操縦の姿勢制御——输出設計を参照してください。この例では、外側のループを処理するために MIMO アーキテクチャに切り替えることの利点について考えます。

このアーキテクチャでは,音高,α,β用の3つのπループを,音高,α,βの測定値を組み合わせて内側のループの設定点p_demand, q_demand, r_demandを計算する3入力3出力のπコントローラーで置き換えます。直感的には,このアーキテクチャの方が軸間の相互干渉を正しく抑えることができるように思えます。我とのゲインはαとβの関数としてスケジュールされる3行3列の行列であることに注意してください。

まず,モデルを読み込んでCTYPEを3に設定し,控制器ブロックのMIMOバリアントを選択します。パート2の手順を再実行して内側のループを閉じます(設計のこの部分に変更はありません)。これにより,金宝app仿真软件モデルを操作するためのslTunerインターフェイスST0が作成されて構成されます。

load_system (“csthl20_control”) ctype = 3;%天线系统架构HL20recapPart2 ST0

用于"csthl20_control"的slTuner调优接口:没有调优块。使用addBlock命令添加新块。9点分析 : -------------------------- 点1:信号”da;德博士”,位于“输出端口1”csthl20_control /飞行控制系统控制器的点2:信号“评定”,位于csthl20_control / HL20机身的输出端口2点3:输出端口1的csthl20_control /飞行控制系统/ Alpha_deg点4:6点:csthl20_control/Flight Control System/Controller/MIMO/Demands的'Output Port 1':点8:Signal "p_demand"， located at 'Output Port 1' of csthl20_control/Flight Control System/Controller/MIMO/Roll-off2信号"r_demand"，位于csthl20_control/Flight Control System/Controller/MIMO/Roll-off3的'Output Port 1'使用addopen命令添加新的永久开口。get/set access: Parameters: [] operingpoints:[](将使用模型初始条件。)BlockSubstitutions: [3x1 struct]选项:[1x1 linearize。Ts: 0

外側ループの調整の設定

输出設計(HL-20の自動操縦の姿勢制御——输出設計)の場合と同様に,最初の手順ではそれぞれの(α,β)条件で外側のループによって認識される”プラント”の線形化モデルを取得します。内側のループのゲインKp, Kq, Krが(α,β)によって変化するという事実を考慮するため,”米姆/产品”ブロックをその線形の等価物である次の対角ゲイン行列に置き換えます。

黑色=“csthl20_control /飞行控制系统/控制器/ MIMO /产品的；Subs = [zeros(3) append(ss(Kp)，ss(Kq)，ss(Kr))];BlockSub4 =结构(“名字”黑色,“价值”、潜艇);ST0。(ST0 BlockSubstitutions =。BlockSubstitutions;BlockSub4];

ゲインスケジュールPおよび“我”が定数対角行列诊断接头((0.05,0.05,-0.05))に初期化されます。これらの初期設定の角度応答をプロットします。

T0 = getIOTransfer (ST0,“需求”，{“Phi_deg”，“Alpha_deg”，“Beta_deg”}）;步骤(T0, 6)

調整目標

米姆ゲインスケジュールを調整するには,次の3つの調整目標を使用します。

s =特遣部队(“年代”）;R1 = TuningGoal。灵敏度({“Phi_deg”，“Alpha_deg”，“Beta_deg”}, s);R1。焦点= [1e-2 1];R1。LoopScaling =“关闭”；viewGoal (R1)

MaxGain = 1.2 * (10/(s+10))^2;最大增益曲线R2 = TuningGoal。获得(“要求”，{“Phi_deg”，“Alpha_deg”，“Beta_deg”}, MaxGain);viewGoal (R2)

R3 = TuningGoal。利润(“博士da;德;”7、45);

ゲインスケジュール調整

米姆πコントローラーのゲインスケジュールはMIMOアーキテクチャ内のPブロックと“我”ブロックにより指定されます。これらのブロックが3行3列の行列を出力し,次のMIMO伝達関数を実装することを思い出してください。

説明のため,MATLAB函数ブロックを使って比例ゲインスケジュールを実装し,矩阵插值ブロックを使って積分ゲインスケジュールを実装することにします。矩阵插值ブロックは”仿真软件临时演员“ライブラリに格納さ金宝appれた,各エントリが行列であるルックアップテーブルです。

Pおよび我のゲインスケジュールを調整するには,slTunerインターフェイスで対応するブロックを調整可能としてマークします。

TunedBlocks = {“那/ P”，“那/我”};ST0.addBlock (TunedBlocks)

調整後のゲインスケジュールをαとβの多項式曲面としてパラメーター化します。再び比例ゲインに2次曲面を使用し,積分ゲインに多重線形曲面を使用します。

(α， β)设计点的网格alpha_vec = 10:5:25;α%范围beta_vec = 10:5:10;%测试范围(α,β)= ndgrid (alpha_vec beta_vec);SG =结构(“α”α,“β”,β);比例增益矩阵alphabetaBasis = polyBasis (“规范”2、2);P0 = diag([0.05 0.05 -0.05]);初始(常量)值PS = tunableSurface (“P”， P0, SG，字母基础);ST0.setBlockParam (“P”、PS);积分增益矩阵alphaBasis = @(alpha) alpha;beta = @(beta) abs(beta);alphabetaBasis = ndBasis (alphaBasis betaBasis);I0 = diag([0.05 0.05 -0.05]);是= tunableSurface (“我”， I0, SG，字母基础);ST0.setBlockParam (“我”,);

最後にsystuneを使用して6つのゲイン曲面を3つの調整目標に対して調整します。

ST = systune(ST0，[R1 R2 R3]);

Final:软= 1.13，硬= -Inf，迭代= 102

目的関数の最終値から,調整目標がほぼ満たされることがわかります(調整目標はその“値”が1未満の場合に満たされます)。閉ループ角度応答をプロットしてベースライン設計と比較します。

T = getIOTransfer(圣“需求”，{“Phi_deg”，“Alpha_deg”，“Beta_deg”}）;步骤(T0, T, 6)传说(“基线”，“调”，“位置”，“东南”)

これらの応答は,输出設計と比べてオーバーシュートと相互干渉が大幅に削減されていることを示しています。

検証

この設計をさらに詳しく検証するには,調整後のゲイン曲面を仿金宝app真软件モデルにプッシュします。

writeBlockValue (ST)

これは,矩阵插值ブロック“我”については,テーブルのブレークポイントでゲイン曲面をサンプリングし,モデルワークスペースにあるテーブルデータを更新します。MATLAB函数ブロックPについては,ゲイン曲面方程式のMATLABコードを生成します。このコードを表示するにはブロックをダブルクリックします。

ゲインを仿金宝app真软件にプッシュすると,米姆アーキテクチャの調整が完了し,着陸アプローチ時の動作をシミュレートすることができます。

これらの応答は,操縦全体の要求が緩いために输出設計のものとあまり変わりません(HL-20の自動操縦の姿勢制御——输出設計)。米姆設計の利点は,難度の高い操縦の方がより顕著に現れます。