Simulink Control Design

 

Simulink Control Design

线性化模型并设计控制系统

开始:

PID 控制

在 Simulink 模型中自动调节 PID 控制器

基于模型的 PID 调节

使用 PID 调节器自动执行 Simulink 模型的线性化,只需一次点击即可计算 PID Controller 模块的增益。您可以通过调整带宽(响应速度)和相位裕度(稳健性)以交互方式细化控制器性能,从而满足设计需求。

基于仿真数据估计被控对象动态

对于因脉宽调制 (PWM) 等不连续性而无法线性化的 Simulink 模型,您可以通过系统识别获取仿真输入-输出数据,在此基础上使用 PID 调节器创建线性被控对象模型(需要 System Identification Toolbox™)。您也可以根据被控对象模型的频率响应估计值,自动调节 PID 控制器增益。

实时 PID 自动调节

根据基于硬件试验估计的被控对象频率响应,使用 Closed-Loop PID Autotuner 模块实时自动调节 PID 增益。生成 C 代码以在嵌入式软件中实现调节算法。在被控对象硬件上进行实时试验,并在 Simulink 不在环的情况下自动计算 PID 控制器增益(需要 Simulink Coder™)。

补偿器设计

使用图形化自动调节工具在 Simulink 中直接调节 SISO 控制回路

交互式设计

使用 Gain、Transfer Function、State-Space、PID Controller 和其他可调模块,在 Simulink 模型中对任意控制结构建模。使用根轨迹图、波特图和尼科尔斯图,以图形方式调节离散或连续回路。用调节后的增益更新 Simulink 模型,并使用仿真验证您的设计。

多回路设计

在不修改 Simulink 模型的情况下,以交互方式调节具有多个 SISO 回路的控制器并指定开环。您可以在调节参数的同时可视化回路交互和耦合效应,以优化整体性能。

多回路控制器的波特图设计

自动调节

自动调节在 Simulink 中建模的分散控制器,以满足设计需求。

SISO 和 MIMO 回路

使用控制系统调节器或命令行函数自动调节任意 SISO 和 MIMO 控制结构。您可以使用简单的可调元素(如增益、PID 控制器或低阶滤波器)调节分散控制架构。您也可以使用 Simulink 在一个多回路控制系统中联调几个回路。

时域和频域目标

指定并可视化调节需求,如参考跟踪目标、敏感度目标、扰动抑制、闭环极点位置和稳定裕度。自动调节控制器参数,以满足这些必要需求(设计约束)并尽量满足其余需求(目标)。

针对一组被控对象模型进行调节

在不同工况点、参数变化和故障条件下线性化 Simulink 模型,以创建一组线性被控对象模型。然后,调节控制系统以满足所有这些被控对象模型的性能目标。

创建具有参数变化的线性被控对象模型

线性化

计算非线性 Simulink 模型的线性逼近

线性分析

线性化连续、离散和多速率 Simulink 模型。使用线性分析工具或命令行函数指定开环和线性化输入与输出。您可以线性化整个模型、模型的一部分或单个模块或子系统。在阶跃响应图或波特图中可视化结果,并计算开环和闭环响应。

跨工况点和参数变化的线性化

提取和分析模型的多个线性化;更改参数值、工况点、I/O 组;实现线性参数变化 (LPV) 模型。

线性化顾问

使用线性化顾问识别并解决常见的线性化问题。您可以在线性化路径中查找模块,并隔离具有指定线性化行为的模块,例如线性化为零的模块。

使用线性化顾问诊断线性化问题

频率响应估计

估计和检查 Simulink 模型或物理被控对象的频域特征

离线频率响应估计

使用线性分析工具或命令行函数,您无需修改模型,就可以对 Simulink 中建模的系统进行频率响应估计。您可以:

  • 构造激励信号,如正弦扫频或 chirp 信号。
  • 运行仿真;收集数据;计算并绘制模型的频率响应。
  • 检查频域特征并验证 Simulink 模型的线性化。

在线频率响应估计

测量运行中系统的频率响应。您可以将嵌入式估计算法部署为独立应用程序,用于对物理被控对象进行实时估计。

Frequency Response Estimator 模块

参数化模型

计算 Simulink 模型的频率响应,在此基础上使用 System Identification Toolbox 计算线性参数化模型。

基于 Simulink 模型的频率响应创建参数化模型

基于学习的控制

实现数据驱动的、基于学习的控制方法

极值搜索控制

使用无模型实时优化和 Extremum Seeking Controller 模块,自动调整控制系统参数以最大化目标函数。将极值搜索控制用于自适应巡航控制、太阳能电池板的最大功率点跟踪 (MPPT)、防抱死制动系统 (ABS) 和其他应用。

防抱死制动系统 (ABS) 的极值搜索控制

约束强制

使用 Constraint Enforcement 模块修改控制动作以满足约束和动作边界。将约束强制应用于通过模型预测控制、强化学习和 PID 控制实现的控制系统,可涵盖自动驾驶、机器人及其他应用。

增益调度

自动调节非线性或时变被控对象的增益调度控制器

增益曲面调节

使用 Simulink 模块(例如 Varying PID Controller、Varying Transfer Function、Varying Notch Filter 和 Varying Lowpass Filter 等)对增益调度控制系统建模。自动调节增益曲面系数,以满足整个系统工作包线的性能需求,在各工况点之间实现平稳过渡。您可以指定随工况变化的需求,并在整个设计工况范围内验证调节结果。

估计调节的增益曲面

工况点

使用要求或仿真时间找到模型的工况点,在工况点上初始化模型

稳态分析

根据用户定义的要求计算工况点。您可以定义自定义约束和目标以进行配平。您还可以在仿真期间于特定时间或事件抓取工况点快照。

估计调节的增益曲面

稳态管理器

使用稳态管理器,根据状态、输入和输出要求以交互方式计算工况点。对照要求验证工况点,根据仿真快照以交互方式获得工况点。

模型初始化

用计算的工况点初始化模型,从稳态条件或仿真快照开始仿真。您可以在需要测试的场景开始时启动仿真。

在工况点上初始化模型