选择确定植物结构——MATLAB仿真软件 - 卡塔尔世界杯8强比赛直播

选择确定植物结构

PID调谐器提供了两种类型的模型结构代表植物动力学:流程模型和状态空间模型。

使用你的系统特点和知识水平的精度要求的应用程序选择一个模型结构。在没有任何先验信息的,你可以深入了解动力学和延迟的顺序通过分析实验得到系统的阶跃响应和频率响应。看到下面的更多信息在系统辨识工具箱™文档:

相关模型(系统辨识工具箱)
频率特性模型(系统辨识工具箱)

每个模型结构选择有关联的动态元素,或模型参数。你调整这些参数的值手动或自动寻找一个识别模型,产生一个令人满意的匹配你的测量或模拟响应数据。在许多情况下,当你确定最佳结构的使用,它有助于从最简单的模型结构,用一杆传递函数。你可以用高阶结构逐步尝试识别直到满意的植物响应之间的匹配和测量输出。状态空间模型的结构允许一个自动寻找最优模型基于投入产出的分析数据。

当你开始植物识别任务中,传递函数模型结构与一个真正的极是默认选中。这个默认设置是不敏感的数据的性质和可能不适合您的应用程序。因此,我们建议你选择一个合适的模型结构进行参数识别。

流程模型

流程模型传递函数与3或更少的两极,并可以通过添加零,增强延迟和积分器的元素。过程模型是参数化模型参数代表时间常数,增益和时间延迟。在PID调谐器,选择一个流程模型中植物鉴别标签使用结构菜单。

对于任何选择结构可以选择添加一个延迟,零和/或一个积分器元素使用对应的复选框。点击编辑参数查看配置的模型传递函数的选择。

最简单的流程模型是一个传递函数与一个真正的钢管和没有零个或推迟元素:

$H (年代) = \frac{K}{T_{1} 年代 + 1} 。$

该模型定义的参数K、获得T₁,第一个时间常数。最复杂的流程模型结构选择有三个波兰人,额外的积分器,一个零,和时间延迟,比如下面的模型,这有一个真实的杆和波兰人的一对共轭复数:

$H (年代) = K \frac{T_{z} 年代 + 1}{年代 (T_{1} 年代 + 1) (T_{ω}^{2} {年代}^{2} + 2 ζ T_{ω} 年代 + 1)} e^{- τ 年代} 。$

在这个模型中,可配置参数包括时间常数与两极和零,T₁,T_ω,T_z。其他参数阻尼系数ζ,获得K和时间延迟τ。

当您选择一个流程模型类型,PID调谐器自动计算装置参数的初始值和显示一个图显示响应估计模型和测量或模拟数据。您可以编辑参数值图形使用指标情节,或使用植物参数编辑器数值。一个例子说明这个过程,看到交互式地估计植物参数响应数据。

下表总结了各种参数定义类型的流程模型。

参数	所使用的	描述
K——获得	所有转移函数	可以采取任何实际价值。的情节,把植物响应曲线(蓝色)向上或向下调整K。
T₁——第一个时间常数	传递函数与一个或多个真正的波兰人	可以取任何值介于0到吗T,测量或模拟数据的时间跨度。的情节,把红色的x(为零)或向右(转向T)调整T₁。
T₂——第二个时间常数	传递函数有两个真正的波兰人	可以取任何值介于0到吗T,测量或模拟数据的时间跨度。在情节中,拖动红色x(为零)或向右(转向T)调整T₂。
T_ω——时间常数与固有频率有关ω_n,在那里T_ω= 1 /ω_n	传递函数与阻尼不足的一对(复共轭副)的波兰人	可以取任何值介于0到吗T,测量或模拟数据的时间跨度。情节,拖着橙色的反应包络曲线左(为零)或右(向T)调整T_ω。
ζ——阻尼系数	传递函数与阻尼不足的一对(复共轭副)的波兰人	可以取任何值在0和1之间。情节,拖着橙色的反应包络曲线左(为零)或右(向T)调整ζ。
τ——运输延迟	任何传递函数	可以取任何值介于0到吗T,测量或模拟数据的时间跨度。情节,把橙色竖线左右(为零)或(对T)调整τ。
T_z——模型零	任何传递函数	可以取任何值之间-T和T,测量或模拟数据的时间跨度。的情节,拖动红色圆圈(对-T)或向右(向T)调整T_z。
积分器	任何传递函数	增加了1倍年代传递函数。没有相关的参数调整。

状态空间模型

定义的结构辨识状态空间模型主要的状态数的选择,模型秩序。使用状态方程模型结构高阶模型比支持的流程模型结构需要达到一个令人满意的匹配你的测量或模拟I / O数据。状态空间模型的结构、系统动力学状态和输出方程表示:

$\begin{array}{l} \dot{x} = 一个 x + B u, \\ y = C x + D u 。 \end{array}$

x是一个向量的状态变量,自动选择的软件基于所选择的模型。u代表输入信号,y输出信号。

使用结构、状态空间模型植物鉴别选项卡,结构菜单中,选择状态空间模型。然后单击配置结构打开结构状态空间模型对话框。

使用对话框指定模型秩序,延迟和直通的特征。如果你确定订单,选择选择最佳值范围,并输入一系列的命令。在这种情况下,当你点击估计在工厂估计选项卡,软件显示汉克尔奇异值的条形图。选择一个模型订单的数量等于汉克尔奇异值,系统动力学作出重大贡献。

当你选择一个结构、状态空间模型识别图显示了一个植物响应(蓝色)曲线只有一个有效的估计模型的存在。例如,如果你改变结构评估过程模型后,显示了状态估计模型的等效。如果你改变模型秩序,植物响应曲线消失了,直到一个新的估计。

在使用状态方程模型结构时,您不能直接与模型参数交互。确定模型应该因此被视为非结构化不附加任何物理意义的状态变量模型。

然而,您可以以图形方式调整输入延迟和整体模型的增益。当你选择一个时间延迟,状态空间模型对情节的延迟表示垂直橙色栏显示在图。拖这条水平改变延迟值。把植物响应(蓝色)增益曲线上下调整模型。

现有的植物模型

之前进口或确定植物模型列出设备列表区域。

您可以定义模型结构和初始化模型参数值使用这些植物之一。为此,在植物鉴别选项卡,结构菜单中,选择你想使用的线性植物模型初始化结构。

如果您选择的植物是一个过程模型(idproc(系统辨识工具箱)对象),PID调谐器使用它的结构。如果工厂其他模型类型,PID调谐器使用结构状态空间模型。

切换模型结构

当切换从一个模型结构到另一个时,软件保存模型特征(极/零位置,增益,延迟)尽可能。例如,当您从一个单极模型转换到两极模式,现有的值T₁,T_z,τ和K被保留,T₂被初始化为一个默认的(或先前指定的,如果有的话)的价值。

估计参数值

一旦你选择了一个模型结构,你有几个选择手动或自动调整参数值达到一个好的匹配估计模型之间的反应和测量或模拟输入/输出数据。为例,说明了所有这些选项,请参阅:

交互式地估计植物参数响应数据(控制系统工具箱™)
交互式地估计植物从测量或模拟响应数据动态仿真模块^®控制设计™)

PID调谐器不执行智能模型结构时初始化模型参数的选择。模型参数的初始值,反映在情节,任意选择范围的中间值。如果你需要一个好的起点之前手动调整参数值,使用初始化和估计选择从植物鉴别选项卡。

处理初始条件

在某些情况下,系统响应的初始条件的强烈影响。这样的描述输入输出关系的形式传递函数不足以适应观测数据。特别是含有弱阻尼的系统模式。PID调谐器允许你估计初始条件除了模型参数,初始条件的总和响应和输入响应与观察到的输出。使用估计选项对话框来指定应该如何处理初始条件时自动估计。默认情况下,初始条件处理(是否解决零值或评估)是自动执行的估计算法。然而,您可以执行一个特定的选择利用初始条件菜单。

初始条件与自动估计只能估计。与模型参数不同,它们不能手动修改。然而,一旦他们保持不变估计估计价值,除非模型结构改变或新的识别数据导入。

如果你修改后的模型参数进行自动估计,模型的响应将显示(即一个固定的贡献。从初始条件,独立于模型参数)。在接下来的情节,确定了初始条件的影响特别显著。当延迟调整之后,响应的部分左边的输入延迟(标志τ调节器)纯粹来自初始条件。右边的部分τ调节器包含两个输入信号的影响以及初始条件。