控制系统模型

本例使用Simulink模型万博1manbetxrct_helico。打开模型。

open_system (“rct_helico”)

植物,直升机它是一种8状态直升机模型，被调整为稳定悬停状态。的状态向量x = [u, w, q,θ,v, p,φ,r)包括:

该模型的控制系统具有两个反馈回路。内环提供静态输出反馈以增强稳定性和解耦，在模型中以增益块表示SOF。外环对于三个姿态角都有PI控制器。控制器生成命令ds特区dT以度为纵向循环、横向循环、尾旋翼集体采用的测量方法θ,φ,p,问,r。此循环为三个角度提供所需的设定值跟踪。

这个例子使用了这些控制目标:

建立调优模型

使用控制系统调谐器，您可以联合调整内部和外部回路，以满足所有的设计要求。要设置用于调优的模型，请打开应用程序并指定要调优Simulink模型的哪些块。万博1manbetx

在Simuli万博1manbetxnk模型窗口中，在分析菜单中选择控制设计>控制系统调谐器。

在控制系统调谐器上调优选项卡上,单击选择模块。使用“选择已调优的块”对话框指定要调优的块。

点击添加模块。控制系统调优器分析您的模型，以找到可以调优的块。对于本例，要调优的控制器块是三个PI控制器和增益块。检查对应块₁,皮,PI3,SOF。

点击好吧。“选择调整块”对话框现在反映您添加的块。

当您选择要调优的块时，Control System Tuner将根据块的类型自动对其进行参数化，并使用Simulink模型中的块值初始化参数化。万博1manbetx在本例中，PI控制器初始化为静态输出反馈增益在所有通道上初始化为零。仿真结果表明，对于这些初始值，控制系统是不稳定的。

指定优化目标

该系统的设计要求，如前所述，包括设定值跟踪，最小稳定裕度，以及对快速动力学的限制。在控制系统调优器中，使用以下命令捕获设计需求调优目标。

首先，为设置点跟踪需求创建一个调优目标θ,φ,r。在调优选项卡,新目标下拉列表中,选择step命令的跟踪。

在步骤跟踪目标对话框中，指定跟踪的参考信号。下指定输入阶跃响应,点击向列表中添加信号。然后单击从模型中选择信号。

在Simuli万博1manbetxnk模型编辑器中，选择参考信号theta_ref,phi_ref,r_ref。这些信号出现在“选择信号”对话框中。点击添加信号(年代)将它们添加到步骤跟踪目标中。

接下来，指定要跟踪这些引用的输出。下指定输出阶跃响应，添加输出θ,φ,r。

要求输出处的响应使用一阶响应跟踪引用命令，该响应具有一秒钟的时间常数。将这些值输入期望的反应对话框的一部分。同样，对于这个例子集把下面的不匹配为20。该值设置目标一阶响应与调优响应之间20%的相对不匹配。

此图显示步骤跟踪目标对话框的配置。点击好吧保存调优目标。

接下来，为所需的稳定裕度要求创建调优目标。在这个例子中，工厂输入的多变量增益和相位裕度u和植物输出y必须是至少5db和40度。为输入和输出边界约束创建单独的调优目标。在新目标下拉列表中,选择最低稳定利润。在“边距目标”对话框中，添加输入信号u下测量下列位置的稳定裕度。中输入增益和相位值5和40预期的利润对话框的一部分。点击好吧以节省输入稳定余量为目标。

为产出稳定边际创造另一个边际目标。指定输出信号y并对目标边距，如图所示，保存输出边距稳定目标。

最后一个要求是限制快速动力学和快速瞬变。为此，创建一个调优目标，将闭环极点的大小限制为小于25 rad/s。在新目标下拉列表中,选择闭环动力学的约束。在波兰人的目标对话框，指定最大固有频率为25，然后单击好吧保存调优目标。

在创建每个调优目标时，Control System Tuner将创建一个新图形，该图形显示调优目标的图形表示。当您调整您的控制系统时，您可以参考该图，以获得已调优的系统满足调优目标的程度的图形表示。

调整控制系统

调整控制系统以满足您指定的设计要求。

在调优选项卡上,单击调优。控制系统调谐器将可调参数调整到最能满足这些要求的值。

控制系统调优器自动更新调优目标图，以反映调优的参数值。检查这些图，看看设计在多大程度上满足了需求。例如，检查跟踪需求的调优步骤响应。

蓝色的线表示调优后的响应非常接近目标响应(粉红色)。上升时间约2秒，无超调，交叉耦合少。

类似地,MarginsGoal1和MarginsGoal2图提供了一个多变量稳定裕度的可视化评估。(见diskmargin有关多变量稳定裕度的更多信息，请参阅参考页面。)这些图表明，稳定裕度在阴影区域之外，满足所有频率的要求。

您还可以查看调优结果的数字报告。单击优化报告在控制系统调谐器的右下角。

当您对模型进行调优时，Control System Tuner将每个调优目标转换为系统可调参数的函数，并调整参数以最小化这些函数的值。对于本例，调优报告显示所有调优目标的最终值接近1，这表明几乎满足了所有需求。

验证调优的设计

通常，您的Simulink模型表示万博1manbetx一个非线性系统。控制系统调优器在应用程序中指定的操作点对模型进行线性化，并使用系统的线性近似调整参数。因此，在完整的Simulink模型上验证控制器的设计是非常重要的。万博1manbetx

为此，将调优的参数值写回Simulink模型。万博1manbetx在控制系统选项卡上,单击更新模块。在Simuli万博1manbetxnk模型窗口中，使用新的参数值模拟模型。观察setpoint命令中步骤更改的响应，theta-ref,phi-ref,r-ref分别为0秒、3秒和6秒。

检查仿真，以确认您在Simulink模型中获得了所需的响应。万博1manbetx在这里，每个响应的上升时间约为2秒，没有超调、没有稳态误差，并且按照设计要求，交叉耦合最小。