主要内容

优化LTI系统以满足频域需求

这个例子展示了如何使用频域设计要求优化的LTI系统的反应控制系统设计应用程序。

当控制系统工具箱™软件使用时,你可以金宝app®优化设计™对情节的设计要求或约束控制系统设计(控制系统工具箱)应用。你可以包括设计要求在频域和时域响应优化。

您可以指定频域设计要求优化响应信号的任何模型设计控制系统设计应用程序,如:

  • 命令行创建的线性时不变模型与控制系统工具箱的命令

  • 金宝app线性化使用的仿真软件模型金宝app仿真软件控制设计™软件

设计要求

在本例中,您使用仿真软件模型的线性化版本。金宝app

你使用优化方法来设计一个补偿器,使闭环系统满足以下设计规范当你激发系统单位阶跃输入:

  • 最大30秒的解决时间

  • 最高超过10%

  • 最多十秒上升时间

  • 极限±0.7致动器的信号

创建一个LTI植物模型

在仿真软件模型金宝app中,植物模型是由一个增益,有限的积分器,传递函数和传输延迟块。

设计的补偿器开环传递函数的线性化模型。线性化植物模型由增益,无限积分器,传递函数,Pade逼近传输延迟。

开环传递函数来创建一个基于线性化模型,输入以下命令。

w0 = 1;ζ= 1;号= 0.5;Tdelay = 1;[delayNum, delayDen] = pade (Tdelay, 1);积分器=特遣部队(针织品,[1 0]);transfer_fcn =特遣部队(w0 ^ 2, [1 2 * w0 *ζw0 ^ 2]);delay_block =特遣部队(delayNum delayDen);open_loopTF = integrator * transfer_fcn * delay_block;

如果工厂模型一个数组的模型(控制系统工具箱)控制器是专为名义模型。你也可以分析数组中剩余的控制设计模型。有关更多信息,请参见Multimodel控制设计(控制系统工具箱)。

提示

你可以使用直接线性化模型的模型金宝app金宝app仿真软件控制设计软件。

打开控制系统设计应用程序

下面的例子使用根轨迹图设计开环传递函数的响应,open_loopTF。创建一个控制系统设计应用程序会话与根轨迹绘制开环传递函数,使用以下命令:

controlSystemDesigner (“rlocus”open_loopTF)

的控制系统设计应用程序打开,根轨迹编辑器会显示出来。对于应用程序允许您为输入设计控制器,在MATLAB系统的输出®和仿真软金宝app件。有关更多信息,请参见经典的控制设计(控制系统工具箱)类别。

这个应用程序也显示系统的阶跃响应图。图显示了响应的闭环系统r(前置滤波器的输入,F)y(植物的输出模型,G)。

选择的控制系统的体系结构设计、应用程序点击编辑架构。下面的例子使用了默认架构。在此系统中,植物模型,G是开环传递函数open_loopTF。预过滤器,F传感器,H,将1补偿器,C是使用响应优化方法设计的补偿器。

基于优化的调优方法

有几个可能的方法来设计输出系统;这个例子使用一个自动化的方法,使用响应优化方法。

创建一个响应优化任务,调优方法下拉列表中,选择基于优化的调优。

响应优化窗口有四个选项卡。除了第一个标签,每个标签对应的一步反应优化过程:

  • 概述——响应优化过程的示意图。

  • 补偿器——选择和配置你想优化的补偿器元素。看到选择可调补偿器元素。

  • 设计要求——选择你想要的设计要求,优化后的系统来满足补偿器元素。看到添加设计要求。

  • 优化——配置优化选项,视图响应优化的进展。看到优化系统响应。

请注意

优化反应应用程序时,您不能添加不确定性参数或补偿器元素。

选择可调补偿器元素

您可以调整补偿器元素或补偿器在你的系统中参数满足设计要求您指定。

调整指定补偿器元素:

  1. 在响应优化窗口中,选择补偿器选项卡。

  2. 在补偿器选项卡上,选择的复选框优化列对应于补偿器元素的曲调。

    在本例中,选择获得在补偿器C。

添加设计要求

您可以使用频域和时域设计要求调整控制系统参数。

下面的例子使用了设计规范中描述设计要求。创建设计要求来满足这些规范:

你把设计要求后,您可以选择要求控制器设计的一个子集,所述选择使用在响应优化设计要求。在设计要求响应优化窗口的选项卡,您可以创建设计要求,选择您想要使用的需求优化。

沉淀时间设计要求

第一个设计要求的沉淀时间30秒或更少。该规范可以用根轨迹图作为约束条件对实体部分的两极开环系统。

添加沉淀时间设计要求:

  1. 在设计要求选项卡上,单击添加新的设计要求。一个新的设计要求对话框打开。

    在这个对话框中,您可以指定新的设计需求,并将它们添加到一个新的或现有的阴谋。

  2. 设计要求添加到现有的根轨迹图。

    1. 在设计需求类型下拉列表中,选择沉淀时间。

    2. 在要求响应下拉列表中,选择LoopTransfer_C。

    3. 指定沉淀时间作为30.秒。

    4. 点击好吧。

    沉淀时间设计要求中列出设计要求响应优化窗口的选项卡。

    应用,设计要求出现在根轨迹绘制一条垂直线。

超过设计要求

第二个设计要求的比例超过10%或更少。这个需求与阻尼比的根轨迹图。除了增加的设计要求添加新的设计要求按钮,您也可以单击右键直接在情节上添加需求。

添加这个设计要求:

  1. 在控制系统设计应用程序,右键单击空格内的根轨迹图。选择设计要求>新对话框打开新的设计需求。

  2. 在设计需求类型下拉列表中,选择比例超过。

  3. 指定比例超过作为10。

  4. 点击好吧。

应用,设计要求出现在根轨迹绘制两条线辐射在一个角度从原点。

上升时间设计要求

第三个设计要求的上升时间10秒或更少。这个需求对应于一个预示级图上下限。

添加这个设计要求:

  1. 在应用程序调优方法下拉列表中,选择波德编辑器。

  2. 在选择响应图对话框中,指定选择响应编辑作为LoopTransfer_C,然后单击情节。

    波德图是显示在一个波德编辑器。

  3. 右键单击空格内的开环波德图,并选择设计要求>新对话框,打开新的设计需求。

  4. 指定设计要求代表上升时间,并将其添加到新的波德图。

    1. 在设计需求类型下拉列表中,选择增益下限。

    2. 指定频率范围为1)依照来0.17。

    3. 指定级范围为0来0。

    4. 点击好吧。

    设计要求出现在情节的水平线。

致动器限制设计要求

第四个设计要求是限制驱动器信号在±0.7。

添加这个设计要求:

  1. 在响应优化窗口,在设计要求,点击添加新的设计要求。一个新的设计要求对话框打开。

  2. 创建一个时域设计要求代表上限执行器信号,并将它添加到一个新阶跃响应图:

    1. 在设计需求类型下拉列表中,选择阶跃响应幅度上限。

    2. 在要求响应下拉列表中,选择IOTransfer_r2u。

    3. 指定时间范围为0来10。

    4. 指定振幅范围为0.7来0.7。

    5. 点击好吧。第二步反应闭环反应的阴谋r来u生成的应用程序。情节包含一个水平线代表上限执行器信号。

    6. 为所有时间(扩展这个极限t=∞),在黄色阴影区域,右键单击并选择扩展到正无穷。

添加相应的设计要求的下限执行器信号:

  1. 在响应优化窗口,在设计要求,点击添加新的设计要求。一个新的设计要求对话框打开。

  2. 创建一个时域设计要求代表下限执行器信号,并将其添加到阶跃响应图:

    1. 在设计需求类型下拉列表中,选择阶跃响应振幅下限。

    2. 在要求响应下拉列表中,选择IOTransfer_r2u。

    3. 指定时间范围为0来10。

    4. 指定振幅范围为-0.7来-0.7。

    5. 点击好吧。阶跃响应图现在包含一个水平线代表下限执行器信号。

    6. 为所有时间(扩展这个极限t=∞),右键单击黄色阴影区域的设计要求,并选择扩展到正无穷。

选择使用在响应优化设计要求

的表设计要求选项卡列出所有指定的设计要求。选择您想要使用的设计要求在响应优化。这个示例使用所有当前的设计要求。

优化系统响应

在您选择补偿器来优化和添加元素的设计要求,可以优化系统响应。

优化的反应系统,优化响应优化窗口的选项卡,单击开始优化。

的优化选项卡显示的进度优化。

状态消息表明,优化解算器发现一个公差内的解决方案,满足设计要求。确认满足设计要求。

创建和显示闭环系统

设计一个补偿器后,可以导出到MATLAB工作区并创建一个完整的闭环系统的模型。出口调整补偿器:

  1. 在这个应用程序中,选择出口。

  2. 在出口模式对话框中,选择C,你设计的补偿器,然后单击出口。

在命令行输入以下命令创建闭环系统,CL从开环传递函数,open_loopTF补偿器,C:

CL =反馈(C * open_loopTF, 1)

返回以下模型:

CL = -0.19414 (s) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - (s ^ 2 + 0.409 + 0.1136) (s ^ 2 + 3.591 + 3.418)连续时间零/钢管/增益模型。

创建一个闭环系统阶跃响应图,输入下面的命令。

步骤(CL);

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