控制系统模型

本例使用Simulink模型rct_helico．打开模型。

open_system (“rct_helico”）

植物,直升机，是一种8状态的直升机模型，调整为稳定的悬停状态。的状态向量x = [u, w, q,θ,v, p,φ,r)包括:

该模型的控制系统有两个反馈回路。内环为稳定性增强和解耦提供静态输出反馈，在模型中用增益块表示SOF．外环有一个PI控制器，分别对应三个姿态角。控制器生成命令ds特区dT在度为纵向循环，横向循环，和尾桨集体使用的测量θ，φ，p，问,r．这个循环为三个角度提供了所需的设定值跟踪。

这个例子使用了以下控制目标:

建立调优模型

使用控制系统调谐器，您可以联合调优内外循环，以满足所有的设计要求。要设置用于调优的模型，打开应用程序并指定您想调优的Simulink模型的哪些块。

在Simulink模型窗口中控制系统在应用程序选项卡上,选择控制系统调谐器．

在控制系统调谐器中，在调优选项卡上,单击选择模块．使用“选择调优块”对话框指定要调优的块。

点击添加模块．Control System Tuner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。检查对应的块₁，皮，PI3,SOF．

点击好吧．选择调优块对话框现在反映了您添加的块。

当您选择要调优的块时，Control System Tuner会根据块的类型自动参数化该块，并使用Simulink模型中的块值初始化参数化。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

前面讨论过的该系统的设计要求包括设定点跟踪、最小稳定裕度和对快速动态的限制。在控制系统调谐器中，您使用调优目标．

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,选择步进命令跟踪．

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,点击将信号添加到列表．然后单击从模型中选择信号．

在Simulink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，将输出相加θ，φ,r．

要求输出处的响应跟踪具有一秒时间常数的一阶响应的参考命令。中输入这些值期望的反应部分。同样，对于这个示例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。

该图显示了“步骤跟踪目标”对话框的配置。点击好吧以保存调优目标。

接下来，为所需的稳定性裕度要求创建调优目标。对于这个例子，多变量增益和相位裕度在工厂的输入u和植物输出y必须至少5分贝和40度。为输入和输出裕度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．在空白目标对话框中，添加输入信号u下测量以下位置的稳定裕度．输入增益和相位值5和40预期的利润部分。点击好吧以节省输入稳定裕度目标。

为输出稳定裕度创建另一个裕度目标。指定输出信号y和目标裕度，如图所示，并保存输出稳定裕度的目标。

最后一个要求是限制快速动态和瞬变。为了实现这一点，创建一个调优目标，将闭环极点的大小限制在25 rad/s以下。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中，指定最大固有频率25，单击好吧以保存调优目标。

在创建每个调优目标时，Control System Tuner会创建一个新图，该图显示调优目标的图形表示。当您调优控制系统时，您可以参考这个图，以了解调优系统满足调优目标的程度。

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．控制系统调谐器调整可调谐参数的值，以最好地满足这些要求。

控制系统调谐器自动更新调优目标图，以反映调优的参数值。检查这些图，看看设计满足需求的程度如何。例如，检查跟踪需求的调优阶跃响应。

蓝线表示调优后的响应非常接近粉色的目标响应。上升时间约为2秒，无超调，交叉耦合小。

类似地,MarginsGoal1和MarginsGoal2图提供了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，请参考此页。)这些图表明，稳定裕度超出阴影区域，在所有频率下都满足要求。

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。

当您调优模型时，Control System Tuner将每个调优目标转换为系统的可调参数的函数，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都接近于1，这表明所有需求几乎都得到了满足。

验证优化后的设计

通常，您的Simulink模型代表一个非线性系统。控制系统调谐器在应用程序中指定的操作点线性化模型，并使用系统的线性近似调优参数。因此，在完整的Simulink模型上验证控制器设计是很重要的。

为此，将调优的参数值写回Simulink模型。在控制系统选项卡上,单击更新模块．在Simulink模型窗口中，使用新的参数值模拟模型。观察setpoint命令对步长变化的响应，theta-ref，phi-ref,r-ref分别在0 3 6秒。

检查仿真以确认您在Simulink模型中得到了所需的响应。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，交叉耦合最小，符合设计要求。