如何在Simulink中使用高阶限速器平滑矩形信号？

Question

想象一下，我有一个位置/位移x的矩形参考值，我需要平滑它。

翻译运动的数学很简单：

speed: v = x'
acceleration: a = v' = x''
jerk. j = a' = v'' = x'''

我需要限制所有这些值。所以我想在Simulink中使用速率限制器： 这种方法适用于斜坡信号，如下面的输出所示：

但是，x的参考信号没有斜坡，它们是矩形/台阶。因此速率限制器不起作用，因为它们限制的导数已经是无限的，并且Simulink会抛出错误。我该如何解决这个问题？实际上是否有更优雅的方式来实现高阶限速器？我猜这种方法在某些情况下可能不稳定。

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Answer 1

即使看起来很荒谬，但以下方法仍然有效：集成和即时推导可以解决问题： 导致：

我们非常感谢为整个平滑问题提供更优雅，更快速，更简单的解决方案！

Answer 2

由于数值问题，在Simulink中区分信号通常不是一个好主意，我建议从高阶导数（例如加速度）开始，并在数值上更加稳健地进行积分。这就是doc about the derivative block所说的：

  

衍生块输出可能对动态非常敏感   整个模型。输出信号的准确度取决于   模拟中采用的时间步长。较小的步骤允许a   该块的输出曲线更平滑，更准确。然而，   与具有连续状态的块不同，求解器不会   当此块的输入快速变化时，采取较小的步骤。   取决于驱动信号和模型的动态，输出   该块的信号可能包含意外波动。这些   波动主要是由于驱动信号输出和求解器   步长。

     

由于这些敏感性，请构建您的模型以供使用   积分器（例如积分器块）代替微分块。   积分器块具有允许求解器调整步长的状态   并提高模拟的准确性。请参阅电路模型   选择最佳形式的数学模型以避免使用的例子   模型中的衍生块。

有关详细信息，另请参阅Best-Form Mathematical Models。

Answer 3

我试图做类似的事情。我一直在寻找“平滑的坡道”。这是我发现的：

更简单的方法是将斜坡与二阶滞后相结合。然后信号接近s形。而且你的衍生品也会存在并且也很平稳。唯一要记住的是第二次或滞后必须严格阻尼。

Y（s）= H（s）* X（s）其中H（s）= K * wo ^ 2 /（s ^ 2 + 2 * zeta * wo * s + wo ^ 2）。在这里定义zeta = 1.0。然后保留s形状以获得任何K和wo值。请注意，X（s）已被斜坡击中。在matlab或任何其他工具中，线性斜坡和第二滞后是标准块。

祝你好运！

Answer 4

我认为＆＃39;转移Fcn＆＃39;阻止是你正在寻找的。

如果将公式保留为默认形式1 /（s + 1），则可以通过更改分子和分母系数来调整所需的低通滤波器。