主要内容

稳健调优方法

鲁棒优化和多模型优化

鲁棒控制工具箱™调优工具,systune和控制系统调谐器,允许您调整控制系统的鲁棒性对植物的变化。您可以调整控制器以适应物理参数的不确定性。

您还可以调优控制系统,以确保在一系列操作条件下的性能。您可以使用多模型调优来确保对多个系统配置(例如系统的不同故障模式)的可靠控制。当您对多个模型进行调优时,该软件将为所有工厂模型寻找最能满足指定调优目标的控制器参数值。

选择健壮的调优方法

采用哪种方法进行健壮的调优取决于应用程序中的系统变化。下表总结了这些方法。

鲁棒调优场景 方法
优化控制系统对参数不确定性的鲁棒性,如弹簧常数和阻尼系数不确定的质量-弹簧-阻尼系统。 对不确定参数值进行建模尿素的块。看到参数不确定性调优
调整固定结构控制系统对真实和复杂参数不确定性和动态不确定性的鲁棒性 对不确定参数进行建模尿素的ucomplex,ultidyn块。模型可调控制系统组件与控制设计模块等tunableGain而且tunablePID块。使用musyn对控制系统进行优化,使其具有鲁棒性H的性能。
调整控制系统的几个临界值的工厂参数。 同时调优对应参数值的多个模型。当你不能模拟植物的变化时,这种方法是有用的尿素的块。看到参数变化调优
  • 确保在不同操作条件下的性能,例如飞机飞行控制在不同高度的响应。

  • 对多个系统配置(例如系统的不同故障模式)进行调优以实现可靠的控制。

同时调优在不同工作点获得的多个模型或表示不同系统配置的多个模型。针对多种植物模型进行调整

参数不确定性调优

由于各种原因,系统的物理参数通常是不确定的,包括不精确的测量、制造公差或磨损。可以使用控制系统调谐器或systune命令调整控制系统的鲁棒性对实际参数的不确定性在工厂。你用不确定的实参数来表示控制系统模型中的参数不确定性尿素的.该软件自动找到参数值的最差组合,并调整控制器,以在参数不确定性范围内最大化性能。

针对参数不确定性的鲁棒调谐也有助于避免控制系统的“过调谐”。当您针对单个植物进行调优时,软件可能会以牺牲健壮性为代价来优化性能。有可能获得一种设计,使性能最大化,但对工厂的变化不是很健壮。指定一定数量的plant可变性可以让调优软件避免这种脆弱的设计,并实现健壮的性能,通常只会对标称性能造成适度的降低。

控制系统建模万博1manbetx

建立一个Simulink万博1manbetx®一个鲁棒整定控制系统模型,使用线性化和块替换。(需要万博1manbetxSimulink控制设计™软件。)使用获得块对设备参数进行建模,并使用块替换将其替换为表示的不确定值尿素的对象。或者,用一个不确定的状态空间模型替换整个子系统(号航空母舰)。有关更多信息,请参见基于Simulink的鲁棒优化不确定性模型万博1manbetx

与用MATLAB建模的控制系统一样®时,软件会自动调整模型,以在不确定性范围内获得最坏的参数值组合。

控制系统建模MATLAB

为了表示设备中真实参数的不确定性,构建一个广义状态空间(一族控制系统使用的模型尿素的块。使用控制设计块,例如tunablePIDtunableTF来表示模型中的可调控制器元素。(见建立参数不确定的可调控制系统模型)。使用以下工具优化模型systune或在控制系统调谐器完全一样,你会为一个可调谐的控制系统模型没有不确定性。

  • 命令行:使用一族的第一个输入参数systune.有关详细示例,请参见定位系统的鲁棒调谐

  • 控制系统调谐器:通过选择将模型导入应用程序编辑架构>广义反馈构型并输入的名称一族模型导入文本框。然后,使用应用程序,就像你会为一个没有不确定性的控制系统模型。

在这两种情况下,当您调优模型时,软件会自动调整可调组件以优化整个不确定性范围内的性能。分析图自动显示不确定系统的随机样本,让您直观地了解性能变化。

参数变化调优

对不确定性建模的块替换方法,需要将模型的整个块替换为尿素的参数或号航空母舰不确定系统。在某些情况下,您可能无法进行这样的替换。作为一种替代方法,您可以在指定的范围、网格或不均匀的值集上改变系统参数。当你使用systune或控制系统调谐器对参数变化的系统进行调谐,您可以获得在模型系数值范围内或多个工厂配置上健壮地满足性能目标的控制器。

在控制系统调谐器中指定参数变化

控件上的块参数变体控制系统选项卡。在参数的变化下拉列表,选择选择不同的参数.此操作将打开参数的变化选项卡,您可以在其中指定要更改的块参数及其所取的值。Control System Tuner在您提供的每个块参数值组合处线性化万博1manbetx您的Simulink模型。然后,应用程序找到一组控制器增益,最能同时满足所有线性化模型的调优目标。

控制系统调谐器应用程序显示对话框,选择模型参数变化

有关如何使用控制系统调谐器为多个块参数值调优控制系统的详细示例,请参见植物参数的多值调优

的详细信息参数的变化选项卡在多个块参数值处生成线性模型,请参见为批量线性化指定参数样本(万博1manbetxSimulink控制设计).应用参数变分的程序模型线性化电路类似于控制系统调谐器中的程序。

指定参数变化slTuner

的参数变化特性,用于在Simulink中建模的控制系统的命令行调优万博1manbetxslTuner.为此,您需要构造一个包含参数值网格的结构,以便对模型进行调优。举例说明参数变化与slLinearizer,请参阅改变参数值,获得多个传递函数(万博1manbetxSimulink控制设计).配置的过程slTuner参数变化接口相同。配置了slTuner接口,创建调优目标并对接口进行调优systune.该软件对系统进行调优,以同时满足所有参数值的调优目标。

改变块参数与调优控制器参数

为生成多个工厂模型而改变的块参数与为满足调优目标而调优的控制器参数不同。

块的参数是指定Simulink模型中块属性的值。万博1manbetx块参数可以指定数值,例如增益块的增益、弹簧常数或系统的其他物理参数。块参数还可以指定块的结构属性,例如查找表的尺寸。

您可以更改任何块参数,其值存储为模型工作区或MATLAB工作区中的变量。但是,不要改变为调优而指定的控制器块参数(请参阅在控制系统调谐器中指定要调谐的块).相反,改变控制系统中指定植物属性的参数。例如,在模型中ActiveSuspensionQuarterCar,指定为变量的块参数包括一个spring常量,Ks,和阻尼常数,废话

Simulink模型ActiveSuspensionQuarterCar的四分之一汽车模型子系统的模型画布,其中万博1manbetx有一个圆圈表示参数Ks和b的位置

这个例子植物参数的多值调优控件的控制系统调优ActiveSuspensionQuarterCar为这些参数的值范围建立模型。

控制器参数是调优软件调整以产生满足调优目标的控制系统性能的系数。当您选择要调优的块时,软件将为每个块分配参数化,如中所述在控制系统调谐器中查看和更改块参数化.这些参数化的系数是软件调优的控制器参数。例如,如果你选择aPID控制器块进行调优,调优软件分配一个参数化,其可调系数为PID增益和滤波器常数。

因此,您可以通过选择要调优的块来指定控制器参数,并可选地定制这些块的参数化。您可以指定要改变的其他系统参数,以获得用于调优的多个工厂模型。在这个例子中植物参数的多值调优时,选择进行调优的块为状态方程块。在该示例中,控制器参数是状态空间矩阵中的项。

针对多种植物模型进行调整

当您针对多个模型调优控制器增益时,该软件会为所有工厂模型寻找最能满足指定调优目标的控制器参数值。这对于确保在一系列操作条件下或多种系统配置下的健壮性能非常有用。

多工作点调优

控制系统调谐器可以调谐控制器参数线性化您的Simulink模型在任何仿真快照时间或稳态工作点。万博1manbetx在控制系统选项卡,使用操作点菜单来计算和选择要线性化和调优的工作点。

控制系统调谐器应用程序显示操作点菜单选项使用预定义的工作点,如模型初始条件,并通过修剪或快照创建新的工作点

看到在控制系统调谐器中指定调优操作点获取更多信息。

如果指定了多个工作点,“控制系统调谐器”将尝试在所有指定的工作点上调优控制器参数以满足您的调优目标。您可以限制Control System Tuner在每个操作点执行的调优目标。看到调优目标的选择性应用

在命令行中,您可以通过将一个操作点对象数组传递给slTuner

多系统配置调优

您可以通过构建表示这些条件的模型数组来优化针对多种系统配置的鲁棒控制器。例如,可以创建一个数组一族代表系统不同失效模式的模型。在Si万博1manbetxmulink中,使用slTuner在表示不同失效模式的一系列操作条件下线性化模型。有关示例,请参见客机的容错控制.该模型使用增益块,当设置为零时,打破反馈回路来模拟系统执行器的失控。下面的示例使用slTuner将该增益块的不同通道设置为零对模型进行采样。调优,slTunersystune找到在所有故障模式下优化设计目标的可调控制器参数的值。

调优目标的选择性应用

有时,您希望将优化目标的应用程序限制在同时进行优化的模型的子集上。例如,假设你在四个快照时间线性化你的模型,T = [0,5,10,20].在所有这些时候,您都希望调整模型以满足您的设计目标。但是,进一步假设您有一个不想强制执行的调优目标T = 0因为它只适用于模型达到稳态运行之后。限制此调优目标的应用:

  • 在命令行上,设置模型属性设置为要对其应用目标的模型的数组下标。

  • 在控制系统调谐器中,使用将目标应用于调优目标字段。

控制系统调谐器应用程序中的增益目标对话框,圆形指示应用目标区域在对话框的底部。选择了Only models选项,在该选项的文本字段中指定了models 2:4。

选择只有模型并输入执行目标的模型的数组下标。在这个例子中,线性化T = [0,5,10,20]生成一个包含四个模型的数组,您希望排除该数组中的第一个模型(T = 0)从调优目标。因此,请输入数组下标2:4

方法获得的多个模型参数的变化选项卡,数组索引按照参数组合在参数变量表中出现的顺序分配。例如,如果应用下图中的参数变化,则数组下标将按所示分配。

控制系统调谐器应用程序参数变化选项卡,显示参数b和k与四个值。数组索引1、2、3、4叠加在参数值表的行上,以说明每行对应于各自的索引。

因此,例如,将调优目标仅应用于具有的模型Bs = 1000,不管Ks值,输入(1、3)只有模型调优目标字段。

标称系统的应用

在对具有参数不确定性的系统执行鲁棒调优时,有时希望只对标称系统应用某些调优目标。或者,您可能希望将调优目标作为名义系统的硬约束,但作为不确定性范围其余部分的软约束。当调优MATLAB建模的控制系统时,您可以通过将标称系统与不确定系统放在模型数组中来实现这一点。例如,假设CL0是一个一族模型既有不确定块又有可调块。创建一个标称不确定系统和完全不确定系统的模型数组。

CL = [getNominal(CL0),CL0];

假设您已经为这个系统创建了两个调优目标,Req1而且Req2.你想要的Req2只适用于标称系统。要做到这一点,请使用模型要限制的财产Req2到数组中的第一个元素。

Req2。模型= [1];

您现在可以使用Req2systune无论是硬目标还是软目标。

治疗Req2作为名义系统的硬约束和其他软约束,请复制调优目标。若要将复制限制为数组中的第二个条目,请设置模型副本的属性。

Req3 = Req2;Req3。模型= [2];hard = [Req1,Req2];soft = Req3;[CLt,fSoft,gHard] = systune(CL,软,硬);

另请参阅

(万博1manbetxSimulink控制设计)|(万博1manbetxSimulink控制设计)||

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