调度增益控制基础概念Gain Scheduling Basics学习笔记

了解模型预测控制4--自适应,增益调度和非线性MPC 根据您的工厂模型、约束和成本函数,了解您可以使用的 MPC 控制器类型。 选项包括线性时不变、自适应、增益调度和非线性 MPC。 阅读详情
AI摘要

本文围绕调度增益控制展开,介绍其是利用线性控制器控制非线性系统的方法,阐述实现方式、适用场景及设计要点,如确定运行范围、观测量和调度增益映射。还提及Simulink中可借助系统控制箱模块建立系统,以及如何调整调度增益。

一、调度增益基础Gain Scheduling Basics

调度增益gain scheduling是什么?

调度增益gain scheduling是一种利用一系列线性控制器,来控制非线性系统的方法。具体实现的时候,控制器的增益通常是通过一个函数来改变的,该函数能根据当前的控制状态选择合适的调度变量。这些调度变量通常包括时间,外部运行条件,或者方位速度等系统状态信息。

调度增益gain scheduling是如何实现的?

调度增益控制系统通常会选择一系列的运行域点,然后为每个点设计一个合适的线性控制器。在运行过程中,系统根据当前的调度变量,在这些不同的控制器之间进行切换或者插值。

调度增益gain scheduling适合什么,不适合什么?

  • 适合:当外部变量是变化量,而且相当于控制带宽变化慢的时候,非常适合,例如化学反应中的温度。

  • 不适合:但是当调度变量是系统内部的一个快速变化的变量时,就会变得非常有挑战性。因为在一个非线性系统内,局部的线性性能并不能保证全局性能的最优。此时可以参考这篇文章[1],来了解调度增益更多的知识,和他面临的挑战。

[1] Rugh, W.J., and J.S. Shamma, “Research on Gain Scheduling”, Automatica, 36 (2000), pp. 1401-1425.

怎样设计一个调度增益控制系统?

1)运行范围operating range

例如,在飞行系统中,运行范围可能是入射角角度在–20°和20°之间,速度在200-250 m/s之间。

2)观测量measurable variables

观测量就是在运行过程中,用来描述或确定某个特定运行状态的变量,这些变量就叫做调度变量,对于飞行系统,这个观测量可能就是入射角和速度。

3)调度增益映射gain schedule

包含一个公式,或者一个表格,根据给定的调度变量scheduling variables,来返回一个合适的控制器增益controller gains。例如,对于一个飞机系统,调度增益映射gain schedule根据每一个入射角和速度的组合,返回一个合适的控制器增益。


二、Simulink中的调度增益

系统控制箱Control System Toolbox™提供了一些模块,来帮助你建立调度增益控制系统。

例如一个可变PID控制器,接受PID增益为输入,在模型中,通常使用n-D查找表Lookup Table或者MATLAB函数模块来实现调度增益映射 gain schedule,更多请点击set-up-simulink-models-for-gain-scheduling


三、调整调度增益Tune Gain Schedules

如果你已经有一个仿真的控制器设计,可以使用systune来调节增益映射,最终得到一个在整个运行域范围内,都满足性能目标的控制系统,更多请点击tune-gain-schedules-in-simulink

参考文献

Gain Scheduling Basics - MATLAB & Simulink - MathWorks 中国gain-scheduled-control-systems


学习方法思考

这个项目本来是7月份就应该完成的,但是一直拖沓到了8月份,因为对控制领域未知的恐惧,导致一直拖延始终无法完成,在克服这个困难的时候有几个心得。

1,驱动学习的力量不应该是外界的力量,而是内心的力量,内心力量足够强大了,问题自然就迎刃而解。当内心的力量不足够正面应对困难时,可以先分解问题,在笔记中详细规划好自己现在能做什么,规定好自己在“痛苦”中坚持的最大时间,到了时间就及时退出。这样做有两个好处,1个是消除了内心的恐惧,2个是让一个复杂的问题暂时变得简单化。

2,如果迟迟不能从上一个欠佳的状态中走出来,试着改变环境,去喜欢的环境中工作,听自己喜欢的音乐,喝自己喜欢的饮料,吃不舍得吃的饭菜,慢慢蓄积内心的力量,逐步剔除心中的杂念。


MATLAB初学者入门(26)—— PID控制器优化设计 PID(比例-积分-微分)控制器是最常见的反馈控制算法之一,广泛应用于工业控制系统中。MATLAB提供了多种工具和方法来设计和优化PID控制器,确保系统达到预期的性能。使用MATLAB的PID Tuner工具,我们可以自动或手动调整PID参数,以优化控制系统的性能。 阅读详情

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