ゲインスケジューリング

非線形プラントのゲインスケジュールコントローラーの調整

ゲインスケジュールコントローラーは、そのゲインが時間、操作条件またはプラントパラメーターの関数として自動的に調整されるコントローラーです。ゲインスケジューリングは、ダイナミクスが時間や操作条件とともに変化する制御システムによく使われる手法です。こうしたシステムには、線形パラメーター変動 (LPV) システムや、非線形システムの大きなクラスが含まれます。Simulink^® でゲインスケジュールコントローラーを調整するには、tunableSurface コマンドを使って可変のゲインをスケジューリング変数の関数として表現します。ゲインスケジュールコントローラーを調整するワークフローの概要については、ゲインスケジューリングの基礎を参照してください。

関数

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スケジュールゲインのパラメーター化

`tunableSurface`	ゲインスケジューリング用の調整可能なゲイン曲面の作成
`polyBasis`	調整可能なゲイン曲面の多項式基底関数
`fourierBasis`	調整可能なゲイン曲面のフーリエ基底関数
`ndBasis`	調整可能なゲイン曲面の基底関数
`viewSurf`	スケジューリング変数の関数としてのゲイン曲面の可視化
`evalSurf`	特定の設計点でのゲイン曲面の評価
`getData`	調整可能な曲面係数の現在値の取得
`setData`	調整可能な曲面係数の値の設定

制御システムの調整

`slTuner`	Simulink モデルの制御システム調整のインターフェイス
`slTunerOptions`	Set `slTuner` interface options
`systune (slTuner)`	`slTuner` を使用して Simulink 内の制御システムのパラメーターを調整

可変調整目標

`varyingGoal`	ゲインスケジュールコントローラーの可変調整目標
`getGoal`	指定された設計点で可変調整目標を評価する

ブロック

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連続時間

Varying Lowpass Filter	係数が可変のバタワースフィルター
Varying Notch Filter	係数が可変のノッチフィルター
PID Controller	連続時間と離散時間の PID コントローラー
PID Controller (2DOF)	連続時間と離散時間の 2 自由度の PID コントローラー
Varying Transfer Function	係数が可変の伝達関数
Varying State Space	行列値が可変の状態空間モデル
Varying Observer Form	行列値が可変のオブザーバー形式状態空間モデル

離散時間

Discrete Varying Lowpass	係数が可変の離散バタワースフィルター
Discrete Varying Notch	係数が可変の離散時間ノッチフィルター
Discrete PID Controller	離散時間と連続時間の PID コントローラー
Discrete PID Controller (2DOF)	離散時間と連続時間の 2 自由度 PID コントローラー
Discrete Varying Transfer Function	係数が可変の離散時間伝達関数
Discrete Varying State Space	行列値が可変の離散時間状態空間モデル
Discrete Varying Observer Form	行列値が可変の離散時間オブザーバー形式状態空間モデル

ゲインスケジュール PID 自動調整

Gain-Scheduled PID Autotuner	Automatically tune PID gains at multiple operating points (R2024a 以降)
Closed-Loop PID Autotuner	閉ループの実験から推定したプラント周波数応答に基づき PID ゲインをリアルタイムで自動調整
Change Operating Points	シミュレーション中に操作点を切り替える (R2023b 以降)
PID Gain Scheduler	Lookup table based gain scheduling with PID array (R2023b 以降)
PID Gains Store and Update	Store and update tuned PID gains tuned using Closed-Loop PID Autotuner (R2023b 以降)

トピック

ゲインスケジュール制御システム

ゲインスケジューリングの基礎
ゲインスケジューリングは、システムの異なる操作点で、各々が十分な制御を提供する線形コントローラー群を用いた、非線形システムを制御するアプローチです。
Simulink でのゲインスケジュール制御システムのモデル化
Simulink で、ルックアップテーブル、内挿ブロック、または MATLAB Function ブロックを使用してゲインスケジュールをモデル化する。

ゲインスケジュールの調整

Simulink でのゲインスケジュールの調整
systune を使用してゲインスケジュールコントローラーを調整する一般的な調整ワークフローを理解する。
ゲインスケジュールコントローラー調整のプラントモデル
ゲインスケジュール制御システムを調整するには、選択した設計点でのプラントダイナミクスを表す線形モデルの集合が必要です。
slTuner インターフェイスでの複数の設計点
ゲインスケジュール制御システムを調整する場合、線形プラントモデル群を Simulink モデルへの slTuner インターフェイスに関連付ける。
ゲインスケジュールのパラメーター化
ゲイン曲面は、スケジューリング変数における変数ゲインをパラメーター化します。ゲイン曲面を使用して、ゲインスケジュール制御システムで変数ゲインをモデル化します。
操作条件による要件の変更
ゲインスケジュールコントローラーを調整する場合、スケジューリング変数によって変わる調整目的を指定できます。
ゲインスケジュール制御システムの検証
ゲインスケジュールコントローラーの調整が適切なパフォーマンスを保証するのは、各設計点の近傍でのみです。操作条件の全範囲の調整結果を検証することが重要です。

ゲインスケジュール自動調整

Gain-Scheduled PID Autotuning a VTOL UAV During Forward and Backward Transition
Tune gain-scheduled PID controller for VTOL UAV transitioning between operating modes. (R2024a 以降)
Gain-Scheduled PID Autotuning Torque Control for a Nonlinear PMSM
Tune gain-scheduled PID controllers for d-axis and q-axis current loops of a nonlinear PMSM model. (R2024a 以降)

HL-20 自動操縦のケーススタディ

HL-20 機体の平衡化と線形化
ゲインスケジュール制御設計に使用する設計点の配列で機体モデルを線形化する。
HL-20 の自動操縦における角速度の制御
HL-20 機体モデルの内側のループ用にゲインスケジュール PI コントローラーを調整する。
HL-20 の自動操縦の姿勢制御 - SISO 設計
機体のロール、ピッチ、およびヨーを制御するためのゲインスケジュール SISO アーキテクチャを調整する。
HL-20 の自動操縦の姿勢制御 - MIMO 設計
機体のロール、ピッチ、およびヨーを制御するためのゲインスケジュール MIMO アーキテクチャを調整する。
HL-20 の自動操縦を調整するための MATLAB ワークフロー
HL-20 機体用のゲインスケジュール制御システムを MATLAB^® で設計する。