优化设计以满足阶跃响应需求(GUI) - MATLAB和Simulink MathWorks日本金宝app

优化设计以满足阶跃响应要求(GUI)

该实例说明了如何利用该方法优化控制器参数以满足阶跃响应设计要求响应优化器．您可以在检查阶跃响应特性块。

的仿真软金宝app件^®模型watertank_stepinput包括非线性水箱系统装置和单回路反馈系统的PI控制器。

的一步块应用一个步骤输入。您还可以使用其他类型的输入(如斜坡)来优化此类输入生成的响应。

这张图显示了水箱系统。

水从顶部进入水箱的速率与阀门的开度成正比。阀门开度与电压成正比，V，应用于泵。水从水箱底部的开口流出的速度与水高度的平方根成正比，H．水流流量的平方根的存在导致了非线性的植物。

下表描述了水箱系统的变量、参数、微分方程、状态、输入和输出。

变量	H是水箱中水的高度。卷是水箱中水的体积。 V为施加在泵上的电压。
参数	一个为槽的横截面积。 b是一个常数，与流入水箱的流量有关。一个是一个常数，与流出水槽的流量有关。
微分方程	$\frac{d}{d t} V o l ＝一个 \frac{d H}{d t} ＝ b V - 一个 \sqrt{H}$
州	H
输入	V
输出	H

水箱里水的高度，H，必须满足以下步骤响应要求:

打开Simulin金宝appk模型。

sys =“watertank_stepinput”；open_system(系统);

添加一个检查阶跃响应特性块到模型。
在Simuli金宝appnk模型窗口中，选择图书馆下模拟．扩大金宝app仿真软件优化设计节点并选择信号的约束．

拖放检查阶跃响应特性块导入模型窗口，并将该块连接到输出。块连接到您想要指定的设计要求的信号。
指定阶跃响应要求。
双击检查阶跃响应特性块打开Sink block Parameters: Check Step Response Characteristics对话框。
- 在上升时间(秒),输入2．5．
- 在沉降时间(秒),输入20.．
- 在%过度,输入5．
- 在初始值,输入1．
- 在终值,输入2．
点击好吧．

代替在Check块中指定时域需求，您可以在响应优化器没有添加块。有关使用此方法的示例，请参见跟踪基准信号的优化设计(GUI)．

当您优化模型响应时，软件修改设计变量值以满足设计要求。您指定软件可以修改的模型参数。

打开一个响应优化器模型的会话。
在Simuli金宝appnk模型窗口中，从应用程序Tab，在gallery下控制系统中,选择响应优化器．
或者在“Sink Block Parameters”对话框中单击响应优化．

以黑色线段为边界的区域时间图1中指定的步骤响应要求检查阶跃响应特性块。
创建一组设计变量。
在设计变量设置下拉列表中,选择新．

“创建设计变量设置”对话框显示了可以用作设计变量的模型参数，并指出它们在模型中的位置。

请注意

在您的应用程序中，如果创建设计变量设置对话框中没有列出您想要优化的模型参数，请首先将这些参数指定为变量。看到的,添加模型参数作为优化变量．
向设计变量集添加参数。
选择Ki和Kp,然后单击添加所选参数。

设计变量列表显示以下变量设置:
- 变量——变量名
- 价值-当前变量值
- 最低和最大——变量范围
- 规模—变量的比例因子
将设计变量限制为正值。要做到这一点，请进入0求每个变量对应的最小值最低场和新闻输入在你的键盘。

点击好吧．一个新的设计变量DesignVars创建并出现在数据区域的响应优化器．单击变量以查看其内容变量预览区域。

如果您的模型有许多参数，您可以先使用敏感性分析确定最具影响力的参数进行优化，或获得设计变量的初始猜测。打开灵敏度分析仪,在响应优化选项卡上,单击敏感性分析．在灵敏度分析仪，您可以通过改变设计变量来探索响应优化设计空间，确定最影响优化问题的参数，并计算初值。

要查看模型的当前响应，请单击图模型反应．

该图显示了模型输出，由蓝色线描述，位于指定的阶跃响应区域之外。
点击优化．
默认的优化求解器梯度下降法（fmincon)在每次迭代时修改设计变量，使模拟响应位于设计需求线段内。有关更多信息，请参见优化算法如何表述极小化问题．

的消息优化聚合，表明优化求解器在公差和参数范围内找到了满足设计要求的解决方案。有关优化中显示的输出的更多信息，请参见迭代显示．
验证模型输出是否满足阶跃响应要求。

该图显示了最后5次迭代。使用优化后的变量参数的最终响应显示为蓝色的粗线。优化后的响应位于设计要求线段所限定的白色区域内，满足要求。
查看优化后的参数值。点击DesignVars在模型的工作空间，并查看更新后的值变量预览区域。
在Simulink模型中，设计变量的优化值会自动更新。金宝app