在Simulink中调整增益映射 Tune Gain Schedules in Simulink
文章目录
- 调节增益调度的工作流程 Workflow for Tuning Gain Schedules
- 1）选择一组设计点，充分覆盖你需要调优的操作范围
- 2）获取一组在设计点处描述线性动力学性能的线性模型
- 3）创建一个`slTuner`接口来调优Simulink
- 4）把增益调度映射建模成参数增益曲面Model the gain schedules as parametric gain surfaces
- 5）使用`TuningGoal`对象来确定你的调优目标
- 6）使用`systune`来调优控制系统
- 7）验证调优结果Validate the tuning results
通常，增益调度控制器是一种固定的单回路single-loop或者多回路multiloop控制结构，其中控制器增益随着操作条件变化。增益调度映射把描述当前运行状态current operating condition的调度变量scheduling variables转换成合适的控制器增益。在Simulink中，你可以使用查找表或者MATLAB函数来实现增益调度映射。
参考在simulink中建立调度增益控制系统的模型 - 刘凯的博客 - CSDN博客
如果已经有了Simulink Control Design™，可以使用systune来调节这些增益映射，最终使得完整的的非线性系统满足设计要求。调节增益调度映射等同于amounts to确定合适的查找表数据，或者是找到合适的MATLAB函数。对于systune，可以把增益调度参数化为具有可调节系数with tunable coefficients的调度变量的函数。
调节增益调度的工作流程 Workflow for Tuning Gain Schedules
1）选择一组设计点，充分覆盖你需要调优的操作范围
设计点是一系列描述特定操作条件下的调度变量的值。这些设计点可以是规则的网络值regular grid of values，也可以是分散的集合scattered set。通常是从几个设计点开始，如果你调节出来的系统性能不在设计点之间，就增加更多的设计点。
2）获取一组在设计点处描述线性动力学性能的线性模型
获取这些线性模型数组的方法包括：
- 在Simulink中，对网格中的每一个设计点（表示每一个运行条件）进行线性化。比如说，如果每个设计点代表一个稳态条件，你可以修剪trim模型plant的每一个设计点design point然后在最终的运行结果点resulting operating point处线性化。或者，如果调度变量是时间，可以在一系列的仿真快照simulation snapshots中线性化。
- 在设计点对模型进行LPV建模Sample an LPV model of the plant at the design points.
更多参考 Plant Models for Gain-Scheduled Controller Tuning
3）创建一个slTuner接口来调优Simulink
这样做的时候，将线性模型数组替换为模型substitute the array of linear models for the plant，以便slTuner接口包含一系列对应每个设计点的闭环可调节模型。
更多参考Multiple Design Points in slTuner Interface
4）把增益调度映射建模成参数增益曲面Model the gain schedules as parametric gain surfaces
参数增益曲面parametric gain surfaces是一个具有可调节系数的基础函数展开式basis-function expansion，例如对于一个调度变量向量σ\sigmaσ而言，展开形式为：
K(σ)=K0+K1F1(n(σ))+…+KMFM(n(σ))K(\sigma)=K_{0}+K_{1} F_{1}(n(\sigma))+\ldots+K_{M} F_{M}(n(\sigma)) K(σ)=K0+K1F1(n(σ))+…+KMFM(n(σ))
n(σ)n(\sigma)n(σ)是一个归一化normalization 函数，在systune调优中，可以使用tunableSurface来表示参数增益曲面parametric gain surfaceK(σ)K(\sigma)K(σ)。在为调优创建的slTuner接口中，使用setBlockParam将得到的增益表面gain surface和表示增益调度的块block联系起来。systune对所有的设计点的系数K0…,KMK_{0^{}} \ldots, K_{M}K0…,KM进行调优。
更多参考 Parameterize Gain Schedules
5）使用TuningGoal对象来确定你的调优目标
你可以指定specify适用于apply to所有设计点或者一个设计点子集的调优目标。你还可以指定随设计点变化vary的调优目标tuning goal。比如，你可能想要定义一个最小增益裕度minimum gain margin，这个最小裕度会随着某个特定调度变量particular scheduling variable大小magnitude的增加而变得越来越严格stringent 。
更多关于指定随着设计点变化的调优目标，参考 Change Requirements with Operating Condition
更多关于整体调优目标，参考 Tuning Goals
6）使用systune来调优控制系统
systune调节一系列参数K0…,KMK_{0^{}} \ldots, K_{M}K0…,KM（参数集），来同时针对against 模型中的所有设计网格design grid（多模型调优multimodel tuning） 。
7）验证调优结果Validate the tuning results
你可以检查调谐增益表面，并验证在每个设计点处线性系统的性能。
但是，局部线性性能并不能保证在非线性系统中的全局性能。因此，使用调谐增益调度tuned gain schedules来验证仿真simulation-based validation效果是非常重要的。
更多参考Validate Gain-Scheduled Control Systems
参考Tune Gain Schedules in Simulink - MATLAB & Simulink - MathWorks 中国
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