MATLAB工作流程优化的HL-20自动驾驶仪
这是HL-20飞行器飞行控制系统设计和调整示例系列的第5部分。这一部分展示了如何在不与Simulink模型交互的情况下在MATLAB中执行大部分设计。万博1manbetx
背景
此示例使用HL-20模型适于从NASA HL-20升力体机身（航天模块库），见系列的第一部分（修剪和线性化的HL-20的机身详情)。控制飞机姿态的自动驾驶仪由三个内回路和三个外回路组成。
在第2部分（HL-20自动驾驶仪的角速度控制）和第3部分（在HL-20自动驾驶仪姿态控制 - SISO设计)，我们展示了如何关闭内部循环和为外部循环调整增益时间表。这些例子利用了slTuner接口与Simulink模型交互，获得线性化的模型和控制系统响应万博1manbetx，并将调优值推回Simulink。
对于简单的架构和快速的设计迭代，在MATLAB中操作线性化的模型和使用诸如此类的基本命令是更好的(并且在概念上更简单)反馈关闭循环。这个例子展示了如何在MATLAB中执行第2部分和第3部分的设计步骤。
获得工厂模型
为了调整自动驾驶仪，我们需要线性化传递函数模型从偏转到角位置和速度。要做到这一点，从结果开始从“修剪和线性化”步骤(见修剪和线性化的HL-20的机身)。回想一下,七国集团(G7)是在40个不同(阿尔法，贝塔)条件下的飞机框架的7个状态线性模型，和CS是控制选择器块的线性化。
负载csthl20_TrimData七国集团(G7)CS
使用仿真模型“cst万博1manbetxhl20_trim”作为参考，用于选择的I / O，通过连接建立所需植物模型七国集团(G7)和CS在系列。别忘了把，从弧度转换成角度。
R2D = 180 / PI;G = DIAG（[1 1 1 R2D R2D R2D]）* G7（[4：7 31:32]，1：6）* CS（：，1：3）;G.InputName = {'DA',“德”,“博士”};G。OutputName = {“p”,“问”,“r”,'Phi_deg','Alpha_deg',“Beta_deg”};尺寸（G）
8X5阵列状态空间模型。每个模型具有6个输出，3个输入，和7点的状态。
这给了我们一个8乘5网格上的植物模型阵列(alpha,beta)，用于修剪。
关闭内环
要关闭内部循环，我们按照相同的程序，第2部分（HL-20自动驾驶仪的角速度控制)。这包括选择增益Kp的，KQ，KR到p，Q，R环路的交叉频率设置为30，22.5，和37.5弧度/秒，分别。
％计算的Kp，KQ，KR对每个（α，β）的条件。Gpqr = G（{“p”,“问”,“r”}，:);KP = 1./abs(evalfr(Gpqr(1,1),30i））;KQ = -1./abs(evalfr(Gpqr(2,2),22.5i））;KR = -1./abs(evalfr(Gpqr(3,3),37.5i））;博德（Gpqr（1,1）*的Kp，Gpqr（2,2）* KQ，Gpqr（3,3）*氪，{1E-1,1e3}），网格图例（'Da至P',“德问”,的r博士)
用反馈关闭三个内部循环。插入在工厂输入DA，DE，博士的稳定裕度的评估后的分析点。
Cpqr =追加（SS（KP），SS（KQ），SS（KR））;APU = AnalysisPoint（“u”3);APu.Location = {'DA',“德”,“博士”};GPOS =反馈（G * APU * Cpqr，眼（3），1：3,1：3）;Gpos.InputName = {“p_demand”,'q_demand',“r_demand”};大小（GPO）的
8X5阵列广义状态空间模型的。每个模型具有6个输出，3个输入，7个州，和1块。
请注意，这些命令无缝地管理了这样一个事实，即我们处理的是植物阵列和相应于各种(alpha,beta)条件的收益。
调整外部循环
下一步是外部循环。我们已经有了一组线性模型gpo为外部循环看到的“植物”。如第3部所述(在HL-20自动驾驶仪姿态控制 - SISO设计)，参数化六增益时间表作为多项式表面在和。同样，比例增益使用二次曲面，积分增益使用多重线性曲面。
(阿尔法，贝塔)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alphabetaBasis = polyBasis（“规范”，2,2）;P_PHI = tunableSurface（“Pphi”， 0.05, SG, alphabetaBasis);P_ALPHA = tunableSurface（“Palpha”， 0.05, SG, alphabetaBasis);P_BETA = tunableSurface ('Pbeta'，-0.05，SG，alphabetaBasis）;%积分收益alpha base = @(alpha) alpha;= @(beta) abs(beta);alphabetaBasis = ndBasis (alphaBasis betaBasis);I_PHI = tunableSurface (“Iphi”， 0.05, SG, alphabetaBasis);I_ALPHA = tunableSurface（“Ialpha”， 0.05, SG, alphabetaBasis);I_BETA = tunableSurface ('Ibeta'，-0.05，SG，alphabetaBasis）;
外部环路的总体控制器是一个对角的3×3 PI控制器，取角位置的误差phi,alpha,beta，并计算p_demand,q_demand,r_demand的比率。
KP =追加（P_PHI，P_ALPHA，P_BETA）;KI =追加（I_PHI，I_ALPHA，I_BETA）;CPOS = KP + KI * TF（1，[1 0]）;
最后，使用反馈以获得外环的可调谐闭环模型。为了在工厂输出启用调谐和闭环分析，插入分析点。
RollOffFilter = tf(10，[1 10]);年= AnalysisPoint ('Y'3);年。位置= {'Phi_deg','Alpha_deg',“Beta_deg”};T0 =反馈（APY * GPOS（4:6，:) * RollOffFilter * CPOS，眼（3））;T0.InputName = {'Phi_demand','Alpha_demand','Beta_demand'};T0.OutputName = {'Phi_deg','Alpha_deg',“Beta_deg”};
您可以绘制初始增益设置面闭环响应（0.05不变收益）。
步骤（T0,6）
调优目标
使用相同的调整目标在第3部分（在HL-20自动驾驶仪姿态控制 - SISO设计)。这些包括“MinLoopGain”和“MaxLoopGain”目标设定在0.5和5之间拉德的外环的增益交点/秒。
R1 = TuningGoal.MinLoopGain（{'Phi_deg','Alpha_deg',“Beta_deg”}，0.5,1）;R1.LoopScaling =“关”;R2 = TuningGoal.MaxLoopGain（{'Phi_deg','Alpha_deg',“Beta_deg”}，TF（50，[1 10 0]））;R2.LoopScaling =“关”;
这些还包括一个变化的“边界”目标，以施加足够的稳定边界在每个循环和跨循环。
利润与(，)GM = […6 6 6 6 6 6 6 7 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 6 6 7 6 6 6 6 6 6 6];%相边缘vs (，)点= […40 40 40 40 40 40 40 45 40 40 45岁45岁45岁45岁45岁45岁45岁45岁45岁45岁40 40 45 40 40 40 40 40 40 40];％创建不同的目标FH = @（GM，PM）TuningGoal.Margins（{'DA',“德”,“博士”}，GM，PM）;R3 = varyingGoal（FH，GM，PM）;
获取进度调整
您现在可以使用systune在所有40个设计点上针对调整目标塑造六个增益表面。
T =收缩期(T0，[R1 R2 R3]);
决赛：软= 1.03，硬= -Inf，迭代次数= 51
最终的目标值接近于1，因此基本满足调优目标。绘制闭环角响应，并与初始设置进行比较。
步骤（T0，T，6）图例（“基线”,“调”,'位置','东南')
结果匹配部件2和3的调谐增益表面而获得的那些也同样。
CLF％注：setBlockValue更新每个增益表面T中的调谐系数次要情节(3,2,1)viewSurf (setBlockValue (P_PHI T))次要情节(3、2、3),viewSurf (setBlockValue (P_ALPHA T))次要情节(3 2 5)viewSurf (setBlockValue (P_BETA T))次要情节(3 2 2),viewSurf (setBlockValue (I_PHI T))次要情节(3 2 4),viewSurf (setBlockValue (I_ALPHA T))次要情节(3 2 6),viewSurf (setBlockValue (I_BETA T))
你现在可以使用evalSurf采样增益表面和更新在Simulink模型中的查找表。万博1manbetx你也可以使用codegen方法生成增益面方程的代码。例如
％生成代码为“P披”块MCODE = CODEGEN（setBlockValue（P_PHI，T））;％获得了“我披”查找表调整值Kphi = evalSurf (setBlockValue (I_PHI T), alpha_vec, beta_vec);
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