Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Отчет по лабораторной работе
по дисциплине «SMART управление производственными процессами»
«ИССЛЕДОВАНИЕ MPC-УПРАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ MATLAB»
Томск - 2018
Цель работы: ознакомиться с понятием управления с прогнозирующими моделями, получить навыки работы с пакетом Model Predictive Control Toolbox программы MATLAB, осуществить настройку MPC-регулятора для объекта управления.
Ход работы:
Передаточная функция в соответствии с вариантом 4 имеет вид:
.
Модель системы управления с МРС-регулятором, собранная в Simulink, представлена на рисунке 1. Модель включает МРС-регулятор, задающий блок ступенчатого сигнала, блок передаточной функции ОУ, осциллограф.
Рисунок 1 - Simulink модель MPC регулятора и ОУ
МРС регулятор имеет три входа и один выход:
- mo - measured output - измеренное значение выхода;
- ref - reference signal - уставка;
- mv - manipulated variable - управляющий сигнал.
Осуществим автоматическую настройку MPC-регулятора с помощью MPC Toolbox.
График переходного процесса с параметрами регулятора, полученными автоматически представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Переходная характеристика
На переходной характеристике есть перерегулирование максимальное значение, которого составляет 1.125. Время регулирования составляет 7.811с
Изменим параметры горизонта прогнозирования в большую сторону в 2 раза от полученных автоматически, и приведем график.
Рисунок 3 - Переходная характеристика при 2-х кратном увеличении горизонта прогнозирования
При 2-х кратном увеличении горизонта прогнозирования время регулирования уменьшилось до 6.299 с. Перерегулирование составляет 1.141
Увеличим параметры горизонта прогнозирования в большую сторону в 5 раза от полученных автоматически, и приведем график.
Рисунок 4 - Переходная характеристика при 5 кратном увеличении горизонта прогнозирования
При 5 кратном увеличении горизонта прогнозирования перерегулирование увеличилось до 1.462. Время регулирования увеличилось до 19.434 с. Наблюдается колебательность.
Изменим параметры горизонта прогнозирования в меньшую сторону в 2 раза от полученных автоматически, и приведем график.
При 2-х кратном уменьшении горизонта прогнозирования перерегулирование составляет 1.107. Время регулирования 5.102 с.
Изменим значения робастности и быстродействия системы в большую сторону и приведем график. настройка регулятор программа
Рисунок 5 - Переходная характеристика при 2-х кратном уменьшении горизонта прогнозирования
Рисунок 6 - Переходная характеристика при максимальном значении робастности и быстродействия системы
При максимальном значении робастности и быстродействия системы перерегулирование составляет 1.125. Время регулирования 7.805 с.
Изменим значения робастности и быстродействия системы в меньшую сторону и приведем график.
Рисунок 7 - Переходная характеристика при минимальном значении робастности и быстродействия системы
При максимальном значении робастности и быстродействия системы перерегулирование отсутствует. Время регулирования составляет 13.983 с. Отсутствует перерегулирование.
Перерегулирование отсутствует только при минимальном значении робастности и быстродействия системы.
Минимальное время регулирование (5.102 с) получилось при 2-х кратном уменьшении горизонта прогнозирования.
Вывод
В данной лабораторной работе изучено управление с прогнозирующими моделями, получены навыки работы с пакетом Model Predictive Control Toolbox программы MATLAB, осуществлена настройка MPC-регулятора для объекта управления.