Simulink Control Design

Trimmen und Linearisierung von Simulink-Modellen

Trimmen des Modells

Beim Entwurf von linearen Regelungssystemen sind typischerweise mehrere Arbeitspunkte zu berücksichtigen, um den verschiedenen Führungsgrößen eines nicht linearen Modells Rechnung zu tragen. Simulink Control Design verfügt über eine graphische Oberfläche, um die Betriebspunkte des Modells zu bestimmen. Sie können:

Sie können diese Arbeitspunkte verwenden, um eine Simulation im eingeschwungenen Zustand zu initialisieren oder als Basis für Linearisierungs- und Reglerentwurf zu verwenden.

Trim, Linearization, and Control Design for an Aircraft 7:17
Trim and linearize a nonlinear aircraft model and use the resulting linear model to design a pitch rate damper controller.

Linearisierung des Modells

Mit Simulink Control Design können Sie kontinuierliche, diskrete und Multiraten-Simulink-Modelle linearisieren. Mit grafischen Markierungen, die den offenen Regelkreis markieren sowie Ein- und Ausgänge der Linearisierung lässt sich das gesamte Modell, Teile eines Modells oder ein einzelner Block oder Subsystem linearisieren. Die Markierungen können zur Open-Loop- und Closed-Loop-Analyse verwendet werden. Sowohl die Markierungen als auch die Analyse sind nicht invasiv und verändern nicht das Simulationsverhalten Ihres Modells.

Simulink Control Design berechnet das linearisierte Modell automatisch und ermöglicht es Ihnen, die Ergebnisse in einem Sprungantwort- oder Bode-Diagramm zu visualisieren. Es steht ein Linearization Inspector zur Verfügung, um die Auswirkung jedes Blocks auf Ihr Simulink-Modell in der Linearisierung zu visualisieren. Sie können eine Feinabstimmung Ihrer Ergebnisse vornehmen, indem Sie das lineare Verhalten einer beliebigen Anzahl von Blöcken in Ihrem Modell angeben. Das lineare Verhalten kann als Verstärkungsmatrix oder als LTI-Modell angegeben werden, wodurch Sie die Flexibilität erhalten, Simulink-Modelle mit Unstetigkeiten oder ereignisbasierten Komponenten, wie z. B. Stateflow®-Diagrammen oder signalbasierten Pulsbreiten-Modulationssystemen zu linearisieren.

In Kombination mit der Robust Control Toolbox™ können Sie eine Schar linearer Modelle berechnen, indem Sie einen Parameterraum für  Modellparameter angeben. Die daraus entstehende Modellschar kann verwendet werden, um den Einfluss von Sensibilitäten auf die Stabilität und die Leistung Ihres Regelungssystems zu untersuchen.

Alle diese Tools verfügen über eine Kommandozeilen-API, um Skripte für das Trimmen und Linearisieren im Batch-Modus zu schreiben. Sie können dieses Skript entweder selbst verfassen oder automatisch MATLAB-Code  in der graphischen Oberfläche erstellen.

Batch Mode Trimming and Linearization 5:20
Create a script to do batch mode trimming and linearization of Simulink® models.

Berechnen der Frequenzgänge des Modells

Simulink Control Design bietet Tools für die simulationsbasierte Berechnung des Frequenzgangs eines Modells. Sie können diese Tools für Folgendes verwenden:

  • Verifizierung der Ergebnisse einer Linearisierung
  • Berechnung des Frequenzgangs des Modells, wenn die Linearisierungsmethoden nicht angemessen sind, wie z. B. bei Modellen, die durch starke Unstetigkeiten oder ereignisbasierte Dynamiken beschrieben werden
  • Untersuchung der Wirkung von Anregungssignalamplituden auf die Parameter eines nicht linearen Systems und auf die Phasencharakteristik.

Mit Simulink Control Design können Sie die Anregungssignale aufbauen, wie z. B. Sinus-Sweeps oder Chirp-Signale, die Simulationen ausführen, Daten erfassen und dann den Frequenzgang des Modells berechnen und Diagramme erstellen. Die zur Berechnung des Frequenzgangs verwendeten Algorithmen wurden dazu entwickelt, die Simulationszeit zu minimieren und unterstützen den Accelerator- und Rapid Accelerator-Modus in Simulink, um die Gesamtberechnung zu beschleunigen.

Frequency Response Estimation 6:15
Estimate the frequency response of a Simulink® model using simulation.

Weiter: Entwurf und Analyse von Steuerungs- und Regelungssystemen in Simulink

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