Вступ
NCD Blockset – це програмний засіб (надалі - блок) для параметричної оптимізації об’єктів та систем керування, які забезпечують заданий графічно критерій якості – у вигляді заданих графічно допустимих меж зміни оптимального перехідного процесу. Блок призначений для параметричної оптимізації динамічних систем, моделі яких задані в середовищі Simulink. Процедура оптимізації (визначення оптимальних параметрів: об’єктів регулювання – у випадку їх параметричної оптимізації, настроювання параметрів регулятора – у випадку оптимізації САР, тощо) для заданої у вікні Simulink системи, заданих вхідних та вихідних величин, а також заданих графічно допустимих меж зміни перехідних процесів (для декількох вихідних величин), здійснюється блоком NCD автоматично. Оптимізація здійснюється методом штрафних функцій шляхом мінімізації функції штрафу за порушення заданих меж перехідного процесу. При постановці задачі оптимізації можуть враховуватися задані невизначеності параметрів моделі.
За допомогою даного інструмента можна настроювати параметри як лінійних, так і нелінійних систем у вікні. Кількість параметрів оптимізації необмежена. Число блоків NCD у вікні моделі Simulink, в яких задають межі зміни перехідних процесів (у випадку декількох вихідних величин) не обмежується.
Після завершення процесу оптимізації отримані значення оптимальних параметрів передаються блоком в робочу область (оперативну пам’ять) Matlab, звідки вони можуть бути зчитані, або передані іншим програмам.
Для того, щоб застосувати NCD Blockset належить знайти його іконку у вікні Simulink Library Browser, перетягнути мишкою блок NCD Outport у вікно моделі Simulink та під єднати вихід моделі до входу блоку.
Опис полів головного меню
Поле File
Командами цього поля здійснюють запис даних у файл, введених у вікнах блоку NCD (обмежень, параметрів оптимізації, тощо), та завантаження раніше збережених даних в ОП
Призначення команд:
Load – команда завантаження в ОП раніше збережених параметрів блоку на диску. Файл із збереженими даними має розширення .mat. Після натискання на Load з’являється діалогове вікно із списком існуючих файлів, у якому потрібно вибрати файл для завантаження;
Close – команда закриття вікна блоку NCD.
Save – збереження файлу з параметрами блоку NCD у форматі *.mat. Ім’я файлу слід вводити латинкою без розширення. Розширення .mat встановлюється програмою.
Print – команда друкування вікна перехідного процесу блоку із заданими обмеженнями на нього.
2 Поле Edit
Вікно поля:
2.1 Undo – команда відміни попередньо зробленої зміни параметрів блоку.
2.2 Delete plots – команда стирання графіку перехідного процесу у графічному вікні блоку.
2.3 Edit constraint - редагування розміщення сегментів границі обмеження перехідного процесу.
Межі обмеження на перехідні процеси можна встановити двома шляхами:
- пересуваючи окремі виділені сегменти меж за допомогою миші;
- за допомогою діалогової панелі Constraint Editor.
Position editor [x1,y1,x2,y2] – це поле редагування координат початку (x1,y1) та кінця (x2,y2) виділеного у вікні блоку сегменту обмежень.
Вагові коефіцієнти (штрафи за порушення обмежень) Weigh(0-1) можуть приймати значення 0 та 1. Значення коефіцієнта для кожного сегмента встановлюється при виборі одного із режимів: Limiting constraint та Overachieving constraint.
Limiting constraint (Weight 0) – допускається порушення обмеження (перехідний процес не обов’язково повинен входити в область, обмежену даним сегментом).
Overachieving constraint (Weight 1) – перехідний процес обов’язково повинен входити в область, обмежену даним сегментом.
За замовчуванням встановлений ваговий коефіцієнт 1
3 Поле Options
Цей розділ складається з шести пунктів меню:
Initial response
Reference input
Step response
Time range
Y-Axis
Refresh
3.1 Initial response – команда побудови графіку перехідного процесу при початкових значеннях параметрів оптимізації, значення яких задані в робочому просторі Matlab (Ctrl+I).
3.2 Reference input – вікно цього пункту меню дозволяє задати числові значення таблиці - вектора часу Time vector та вектора значень бажаного перехідного процесу Reference input vector - для подальшої побудови його графіку. Ця опція не впливає на процес оптимізації. Вона призначена для задання допустимих меж зміни перехідного процесу та подальшого візуального порівняння бажаного перехідного процесу з отриманим перехідним процесом при визначених в процесі оптимізації параметрами моделі.
Plot – команда побудови графіка;
Revert – повернути попереднє значення двох векторів (вектор часу і вектора значень);
Done – прийняти встановлені значення.
3.3 Step Response – команда задання меж зміни перехідного процесу як реакції на стрибкоподібне збурення. Підпункт Step response доцільно застосовувати для параметричної ідентифікації об’єктів з самовирівнюванням, коли задані експериментальні криві розгону, та при параметричній оптимізації САР при стрибкоподібній зміні завдання регулятору.
Після вибору цього підпункту виводиться вікно параметрів перехідної функції, яке має наступний вигляд:
Вікно задання параметрів перехідної функції.
Параметри перехідної функції, які можна змінювати:
Settling time – час перехідного процесу.
Rise time – час наростання перехідної функції (не може перевищувати часу регулювання).
Percent settling –точність регулювання (виражається у відсотках кінцевого значення перехідної функції (Final output)).
Percent rise – процент наростання перехідної функції (чим менший процент наростання, тим швидкість наростання перехідної функції менша; виражається у відсотках кінцевого значення перехідної функції (Final output)).
Percent overshoot – процент перерегулювання (виражається у відсотках кінцевого значення перехідної функції (Final output)).
Percent undershoot – процент недорегулювання (виражається у відсотках кінцевого значення перехідної функції (Final output)).
Step time – момент нанесення збурення.
Final time – кінцевий час (по замовчуванню час такий самий як у середовищі SIMULINK).
Initial output – початкове значення перехідної функції (до нанесення стрибкоподібного збурення).
Final output – кінцеве усталене значення перехідної функції (після нанесення стрибкоподібного збурення).
Після внесення всіх параметрів перехідної функції вікно параметрів закривається клавішею Done, або натиснути на клавіатурі Enter і закрити вікно Step Response.
Параметри перехідної функції, які можна змінювати у вікні Step Response.
Кнопка Revert відміняє останню зроблену зміну параметрів і повертається до попереднього вигляду.
3.4 Time Range – команда задання меж часу перехідного процесу
У вікні Time Axis Limits є два поля вводу, які можна редагувати:
– Time axis limits (Межі осі часу), де вектор [tmin tmax] – мінімальне та максимальне значення часового діапазону.
– Time axis label - мітка осі часу.
Після редагування [tmin tmax] потрібно редагувати також сектори ліній обмежень перехідного процесу (за допомогою діалогового вікна Constraint Editor), а також змінити час Stop Time у вікні моделі в Simulation Parameters на таке значення, яке задали в Time Range.
Примітка. Час, встановлений у полі Simulation Parameter/Stop Time меню вікна Simulink до копіювання в нього блоку NCD, автоматично переноситься у блок при його відкритті після копіювання. Значення часу записується в робочий простір (Workspace) у змінній ncdSruct. Якщо тепер змінити час у вікні Simulink, то у блоку він залишиться попереднім (не зміненим). Щоб передати його у блок потрібно його закрити, стерти з робочого простору змінну ncdSruct і знову відкрити блок. Однак при цьому будуть витерті також всі інші зміни параметрів, зроблені в блоці. Якщо доцільно зберегти зроблені попередньо зміни, то для зміни часу у блоку NCD слід зробити це у полі Time Range.
3.5 Y-Axis команда встановлення діапазону зміни вихідної величини
У вікні Response Axis Limits є два поля вводу, які можна редагувати:
– Response axis limits (Межі осі часу), де вектор [ymin ymax] – мінімальне та максимальне значення вихідної величини.
– Response axis label - мітка для осі y.