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引擎设计和成本的权衡

打开脚本

这个例子展示了如何使用仿真软件®设计优化™优化设计性能和成本万博1manbetx。在本例中,您调整汽车发动机转速控制器,同时减少控制器的成本优化传感器精度和传动装置的响应时间。

打开模型

使用下面的命令打开汽车发动机模型。以下子系统模型发动机响应:节流阀和廖,感应动力冲程延迟,燃烧,阻力矩和车辆动力学。兴趣的主要信号模型是发动机转速在rpm。控制系统由动态关联性控制器,rpm传感器,节气门作动器块。该模型是由一个阶跃变化速度参考。

open_system (“enginetradeoff_demo”)

设计概述

设计有以下目的:

发动机的性能目标:

发动机必须响应步骤的变化速度参考以下特色:

  • 2%的最大超调

  • 上升时间4秒速度达到90%的参考

  • 沉淀时间7.5秒内达到2%的参考速度

这个目标是作为一个约束性能需求块。这一块的输入是发动机转速,规范化的速度的参考价值。这意味着,尽管速度参考值的变化,性能要求是相同的。

成本最小化的目标:

控制器的设计成本最小化。这一目标使用传感器和致动器参数化计算设计成本。设计成本计算,所以总是大于1和优化试图开车成本为1。

我们使用一个定制的需求这个成本降到最低。的enginetradeoff_cost函数所使用的自定义的要求只是返回值最小化成本。

类型enginetradeoff_cost
功能成本= enginetradeoff_cost (u) %计算控制器成本基于传感器精度、执行机构响应和%控制器采样时间。% 2013年版权MathWorks公司%常数min_cost成本= 1;%最小成本> 0 sensor_var_min = 1 e - 3;%传感器最小方差(最昂贵)sampling_min = 1飞行;%最低控制器采样时间(最昂贵)throttle_max = 2 *π* 10;%最高执行机构响应频率(最昂贵)%变量名varnames = {u.DesignVars.Name};%形式成本费用= min_cost;%添加传感器成本指数= strcmp (varnames sensor_std);如果任何(指数)成本=成本+ sensor_var_min. / max (u.DesignVars(指数)value, sensor_var_min);结束%添加抽样成本指数= strcmp (varnames, ' Ts '); if any(index) Cost = Cost+ sampling_min./max(u.DesignVars(index).Value,sampling_min); end %Add throttle cost index = strcmp(varnames, 'Tthrottle'); if any(index) Cost = Cost + u.DesignVars(index).Value/throttle_max; end

模型参数化:

实现性能和成本的目标,我们参数化模型如下:

  • 最后一步的速度参考价值:这可以确保设计工作在多种操作点,从低速到高速的价值观。

  • 控制器的增益,杆和零值:这让我们改变控制器的性能。我们使用优化调整这些值。

  • 节气门作动器的响应时间:响应时间优化控制器成本降到最低。致动器响应时间成本成反比,即。、更快的响应时间意味着更昂贵的致动器。

  • rpm传感器精度:标准差值所指定的精度和优化控制器成本降到最低。传感器成本成反比标准差,即。,a smaller standard deviation implies a more accurate sensor, which is more expensive.

运行优化

优化发动机控制器的性能和成本包括:

  • 优化控制器、传感器和执行机构参数。

  • 优化响应在不同的操作条件。

这种类型的问题,这是一个很好的实践构建的设计迭代而不是优化目标在一起。在这里,我们使用分而治之的策略如下表所示。这个想法是使用优化参数值从一个阶段作为下一阶段的初始猜测。

你可以启动响应优化器使用应用程序菜单在仿真软件将来发布,万博1manbetx或sdotool在MATLAB®命令。您可以启动一个预先配置的优化任务响应优化器首先打开模型并通过双击橙色块模型的底部。从响应优化器,按下图模型反应按钮来模拟模型和显示最初的设计如何满足设计要求。

优化项目保存对应于第二阶段的例子。在这个阶段,我们优化控制器参数在操作范围内。为此,我们指定K,P和Z作为优化参数,最后一步的价值,input_to作为一个不确定参数的参考信号。在这个阶段,自定义控制器成本目标是不包括在优化问题。

介绍了控制器在第三阶段成本目标配置模型如下:

  • 打开不确定变量编辑器的响应优化器然后取消选择复选框input_to。这个删除席卷模型在不同的操作点的优化问题,从而减少计算负荷。

  • 打开设计变量编辑器的响应优化器然后选择的复选框sensor_std调整这个参数。

  • 单击选择按钮响应优化器打开设计要求编辑器,然后选择自定义的复选框成本。这也解释了在优化成本最小化的目标。

我们开始优化按优化按钮响应优化器。故事情节表明更新设计要求已经满足。

配置的优化阶段4:

  • 打开设计变量编辑器的响应优化器然后选择的复选框Tthrottle调整这个参数。

你可以通过按下启动优化优化按钮响应优化器。

配置优化的5个阶段:

  • 打开不确定变量编辑器的响应优化器然后选择的复选框input_to扫描模型的操作范围。

你可以通过按下启动优化优化按钮响应优化器。

%关闭模式bdclose (“enginetradeoff_demo”)