Настройте ПИД-регулятор для объекта LTI в Live Editor
Live Editor ПИД-регулятора Мелодии задача позволяет вам в интерактивном режиме настроить ПИД-регулятор для объекта. Задача автоматически генерирует код MATLAB® для вашего live скрипта. Для получения дополнительной информации о задачах Live Editor обычно, смотрите, Добавляют Интерактивные Задачи к Live Script (MATLAB).
Настройтесь ПИД-регулятор автоматически настраивает усиления ПИД-регулятора для объекта SISO, чтобы достигнуть баланса между производительностью и робастностью. Можно задать тип контроллера, такой как PI, PD или ПИД с или без производного фильтра. По умолчанию ПИД-регулятор Мелодии принимает следующую стандартную настройку модульного управления с обратной связью.
Можно также использовать ПИД-регулятор Мелодии, чтобы спроектировать ПИД-регулятор 2-DOF для настройки обратной связи этого рисунка:
Настройтесь ПИД-регулятор генерирует графики для анализа, которые позволяют вам исследовать производительность контроллера во временном и частотном диапазоне. Можно в интерактивном режиме совершенствовать производительность контроллера, чтобы настроить время отклика, пропускную способность цикла или запас по фазе, или способствовать отслеживанию заданного значения или подавлению помех.
Чтобы начать с задачей ПИД-регулятора Мелодии, выберите модель объекта управления и задайте тип контроллера, который вы хотите спроектировать. Экспериментируйте с ползунками и наблюдайте их эффект на отклике системы с обратной связью. Для примера см. Проект ПИД-регулятора в Live Editor.
Добавить задачу ПИД-регулятора Мелодии в live скрипт в редакторе MATLAB:
На вкладке Live Editor выберите Task> Tune PID Controller.
В блоке кода в вашем скрипте введите соответствующее ключевое слово, такое как tune или PID. Выберите Tune PID Controller от предложенных завершений команды.
Plant — Текущий объектВыберите объект, для которого можно спроектировать контроллер. Список содержит модели SISO LTI непрерывного времени или дискретного времени, существующие в рабочем пространстве MATLAB, такие как:
Пространство состояний (ss), передаточная функция (tf), и нули, полюса и усиление (zpk) модели.
Для данных частотной характеристики (frd) модели. Для таких объектов только цели проекта частотного диапазона и графики отклика доступны.
Обобщенное пространство состояний (genss) или неопределенное пространство состояний (uss) модели. Для таких моделей ПИД-регуляторы Мелодии используют текущую, номинальную стоимость настраиваемых и неопределенных компонентов.
Идентифицированные модели, такие как idss и idtf модели.
Form — Форма контроллера'Parallel' | 'Standard'Задайте форму контроллера. Две формы отличаются по параметрам, используемым, чтобы выразить пропорциональное, интеграл, и производные действия и фильтр на производном термине. Для получения информации о параллельных и стандартных формах см.:
Degrees of Freedom — Задайте контроллер 2-DOF или 1-DOF1DOF (значение по умолчанию) | 2DOFПо умолчанию ПИД-регулятор Мелодии проектирует одну степень свободы (1-DOF) контроллер. У такого контроллера есть до четырех коэффициентов (см. Контроллеры Пропорциональной Интегральной Производной (PID)).
Можно вместо этого спроектировать две степени свободы (2-DOF) ПИД-регулятор. Такие контроллеры включают взвешивание заданного значения на пропорциональных и производных условиях. ПИД-регулятор с 2 степенями свободы способен к быстрому подавлению помех без значительного увеличения перерегулирования в отслеживании заданного значения. Можно также использовать ПИД-регуляторы 2-DOF, чтобы смягчить влияние изменений в ссылочном сигнале на управляющем сигнале. Для получения дополнительной информации смотрите ПИД-регуляторы с двумя степенями свободы.
Controller Type — Задайте условия, которые имеет контроллер'PI' (значение по умолчанию) | 'PIDF' | 'PID2' | ...Тип контроллера задает, какие условия присутствуют в ПИД-регуляторе. Например, ПИ-контроллер имеет пропорциональное и интегральный термин. У контроллера PDF есть пропорциональный термин и отфильтрованный производный термин. Для получения дополнительной информации на доступных типах контроллера, смотрите Типы ПИД-регулятора для Настройки.
Domain — Область для определения поставленных задач'Time' (значение по умолчанию) | 'Frequency'Выберите область, в которой задача отображает целевые эксплуатационные параметры.
Time — Используйте ползунки, чтобы установить цели производительности в терминах времени отклика и переходного поведения. Настройка временного интервала не доступна для объектов данных частотной характеристики, таких как frd объекты.
Frequency — Используйте ползунки, чтобы установить цели производительности в терминах пропускной способности цикла и запаса по фазе.
Выбор области не влияет на базовое проектирование контроллера или результаты. Можно использовать, какой бы ни более удобно для вас или более подходит для вашего приложения. Например, если ваши цели проекта включают целевое время нарастания, вы можете найти удобным работать во временном интервале. Если у вас есть целевая пропускная способность цикла, вы можете предпочесть работать в частотном диапазоне. В обеих областях существует компромисс между производительностью подавления помех и отслеживанием уставки.
Response Time, Transient Behavior — Цели производительности временного интервалаКогда вы устанавливаете Domain на Time, используйте эти ползунки, чтобы настроить скорость отклика и робастность контроллера.
Используйте ползунок Response Time, чтобы сделать ответ с обратной связью системы управления быстрее или медленнее. Чтобы изменить пределы ползунка, перетащите ползунок к левому или правому концу. Чтобы уменьшить или увеличить время отклика на фактор 10, щелкните
или
.
Используйте ползунок Transient Behavior, чтобы сделать контроллер более агрессивным в подавлении помех (меньшие значения) или более устойчивый против неопределенности объекта (большие значения).
Настройка временного интервала не доступна для объектов данных частотной характеристики, таких как frd объекты.
Bandwidth, Phase Margin — Цели производительности частотного диапазонаКогда вы устанавливаете Domain на Frequency, используйте эти ползунки, чтобы настроить пропускную способность и запас по фазе системы управления.
Используйте ползунок Bandwidth, чтобы сделать ответ с обратной связью системы управления быстрее, или медленнее (время отклика является 2/wc, где wc является пропускной способностью). Чтобы изменить пределы ползунка, перетащите ползунок к левому или правому концу. Чтобы уменьшить или увеличить пропускную способность на фактор 10, щелкните или.
Для контроллеров дискретного времени ПИД-регулятор Мелодии ограничивает максимальную пропускную способность pi/Ts, где Ts шаг расчета выбранного объекта.
Используйте ползунок Phase Margin, чтобы сделать контроллер более агрессивным в подавлении помех (меньшие значения) или более устойчивый против неопределенности объекта (большие значения).
Design focus — Цель производительности с обратной связью способствоватьBalanced (значение по умолчанию) | Reference tracking | Input disturbance rejectionДля данного целевого запаса по фазе ПИД-регулятор Мелодии выбирает проектирование контроллера, которое балансирует две меры производительности, отслеживания уставки и подавления помех. Когда вы изменяете опцию Design focus, настраивающийся алгоритм пытается настроить коэффициенты ПИД, чтобы способствовать или отслеживанию уставки или подавлению помех при достижении того же целевого запаса по фазе.
Опции Design focus следуют:
Balanced — Для данной робастности настройте контроллер, чтобы сбалансировать отслеживание уставки и подавление помех.
Reference tracking — Настройте контроллер, чтобы способствовать отслеживанию уставки, если это возможно.
Input disturbance rejection — Настройте контроллер, чтобы способствовать подавлению помех, если это возможно.
Чем больше настраиваемых параметров там находится в системе, тем более вероятно случается так, что алгоритм ПИДа может достигнуть желаемого особого внимания проекта, не жертвуя робастностью. Например, установка особого внимания проекта, более вероятно, будет эффективной для ПИД-регуляторов, чем для P или ПИ-контроллеров.
Во всех случаях, насколько можно подстроить производительность системы, зависит строго от свойств объекта. Для некоторых объектов, изменяя опцию Design Focus может оказать минимальное влияние.
Integral formula, Filter formula — Формула для дискретных интегральных и производных условийForward Euler (значение по умолчанию) | Backward Euler | TrapezoidalДля ПИД-регуляторов в дискретном времени существуют различные способы реализовать условия интегратора и фильтра. Например, для ПИД-регулятора в дискретном времени параллельной формы, передаточная функция контроллера
IF (z) и DF (z) является discrete integrator formulas для интегратора и производного фильтра. (Чтобы видеть, как IF (z) и DF (z) влияет на другие формы контроллера, включая стандартную форму и контроллеры 2-DOF, смотрите Контроллеры Пропорциональной Интегральной Производной (PID) Дискретного времени.)
Используйте Integral formula и Filter formula, чтобы выбрать значения IF (z) и DF (z), соответственно.
Forward Euler — IF (z) или DF (z) =
Эта формула является лучшей в течение времен небольшой выборки, где предел Найквиста является большим по сравнению с пропускной способностью контроллера. Для больших шагов расчета, Forward Euler формула может привести к нестабильности, даже когда вы дискретизируете систему, которая устойчива в непрерывное время.
Backward Euler — IF (z) или DF (z) =
Преимущество Backward Euler формула - то, что дискретизация устойчивой системы непрерывного времени с помощью этой формулы всегда дает к устойчивому результату дискретного времени.
Trapezoidal — IF (z) или DF (z) =
Преимущество Trapezoidal формула - то, что дискретизация устойчивой системы непрерывного времени с помощью этого метода всегда дает к устойчивому результату дискретного времени. Из всех доступных дискретных формул интегратора, Trapezoidal дает к самому близкому соответствию между свойствами частотного диапазона дискретизированной системы и соответствующей системы непрерывного времени.
Output Plot — График отклика системы сгенерироватьStep Plot: Reference tracking (значение по умолчанию) | Step Plot: Input disturbance rejection | Bode Plot: Open-loop | ...Задайте график отклика для наблюдения эффекта ПИД-регулятора на производительности системы. Можно задать переходный процесс временного интервала или Диаграмму Боде частотного диапазона для различных откликов системы. Код, который ПИД-регулятор Мелодии генерирует в вашем live скрипте, включает код для генерации графика, который вы выбираете.
Для типов ПИД-регулятора 1-DOF, таких как PI, PIDF и PDF, программное обеспечение вычисляет отклики системы, основанные на следующей одноконтурной архитектуре управления, где G является вашим заданным объектом, и C является ПИД-регулятором:
Для типов ПИД-регулятора 2-DOF, таких как PI2, PIDF2 и I-PD, программное обеспечение вычисляет ответы, основанные на следующей архитектуре:
Отклики системы основаны на разложении ПИД-регулятора 2-DOF, C, на компонент заданного значения C r и компонент обратной связи C y, как описано в ПИД-регуляторах с двумя степенями свободы.
Следующая таблица обобщает доступные ответы для графиков для анализа. (Для объектов данных частотной характеристики, таких как frd модели, графики отклика временного интервала не доступны.)
| Ответ | Нанесенная на график система (1-DOF) | Нанесенная на график система (2-DOF) | Описание |
|---|---|---|---|
Plant | G | G | Ответ объекта. Используйте, чтобы исследовать динамику объекта. |
Open-loop | GC | –GCy | Ответ системы объекта контроллера разомкнутого цикла. Используйте в проекте частотного диапазона. Используйте, когда ваши спецификации проекта будут включать критерии робастности, такие как поле коэффициента усиления разомкнутого контура и запас по фазе. |
Reference tracking | (от r до y) | (от r до y) | Отклик системы с обратной связью к ступенчатому изменению в заданном значении. Используйте, когда ваши спецификации проекта будут включать отслеживание заданного значения. |
Controller effort | (от r до u) | (от r до u) | Контроллер с обратной связью вывел ответ на ступенчатое изменение в заданном значении. Используйте, когда ваш проект будет ограничен практическими ограничениями, такими как насыщение контроллера. |
Input disturbance rejection | (от d 1 к y) | (от d 1 к y) | Отклик системы с обратной связью, чтобы загрузить воздействие (воздействие шага во входе объекта). Используйте, когда ваши спецификации проекта будут включать входное подавление помех. |
Output disturbance rejection | (от d 2 к y) | (от d 2 к y) | Отклик системы с обратной связью к воздействию шага на объекте выводится. Используйте, когда это необходимо, чтобы анализировать чувствительность к моделированию ошибок. |
System response characteristics — Отобразите числовые характеристики ответа с обратной связьюoff (значение по умолчанию) | onВыберите эту опцию, чтобы сгенерировать отображение числовых характеристик ответа или разомкнутого цикла с обратной связью.
Когда Output Plot является графиком шага, отображение включает характеристики, такие как время нарастания, время урегулирования и перерегулирование процента. Эти значения всегда являются теми из переходного процесса с обратной связью от входа r системы управления до выхода y, независимо от которого определенного переходного процесса вы выбираете для графика. Настройтесь ПИД-регулятор использует stepinfo вычислить характеристики переходного процесса. Для получения дополнительной информации о том, как интерпретировать эти значения, смотрите stepinfo страница с описанием.
Когда Output Plot является Диаграмма Боде, отображение включает характеристики, такие как запас по амплитуде и запас по фазе. Эти значения всегда являются теми из отклика системы разомкнутого цикла GC, независимо от которой определенной Диаграммы Боде вы выбираете. Настройтесь ПИД-регулятор использует allmargin вычислить характеристики частотной характеристики. Для получения дополнительной информации о том, как интерпретировать эти значения, смотрите allmargin страница с описанием.
Baseline controller — Контроллер для сравнения производительностиNone (значение по умолчанию) | Select from workspaceИспользуйте эту опцию, когда это необходимо, чтобы сравнить производительность настроенного контроллера к другому ПИД-регулятору в рабочем пространстве MATLAB. Для этого выберите Select from workspace. Другое меню появляется содержащий объекты модели ПИДа, которые находятся в настоящее время в рабочей области. Список включает объекты модели ПИДа всех типов (pid, pidstd, pid2, или pidstd2) это имеет тот же временной интервал как в настоящее время заданный объект. Например, если объект является моделью в пространстве состояний дискретного времени, то любой объект модели ПИДа дискретного времени в рабочей области доступен как базовый контроллер.
Когда вы задаете базовый контроллер, график отклика обновляется, чтобы включать пунктирный график отклика системы с базовым контроллером.
Можно сохранить проект, чтобы использовать в качестве базовой линии, в то время как вы экспериментируете далее с типами контроллера, целями производительности и другими настройками. Для этого, когда вы находите проект, который вы хотите использовать в качестве базовой линии:
Отметьте имя переменной рабочей области контроллера в линии сводных данных задачи (см. Советы). Например, если именем является C, затем текущий контроллер находится в рабочем пространстве MATLAB как C.
Поменяйте имя переменной контроллера в линии сводных данных задачи. Например, измените его в Cnew.
Выберите Baseline Controller и задайте сохраненный контроллер C как базовая линия.
Когда вы экспериментируете далее с проектированием контроллера, изменениями хранилищ задачи в контроллере в рабочей области как Cnew. График показывает вам базовый ответ с помощью C и настроенный ответ с помощью Cnew.
После того, как вы выберете объект, задача создает контроллер и хранит его в рабочем пространстве MATLAB. Сохраненным контроллером является pid, pidstd, pid2, или pidstd2 объект модели, как задано вашими выборами для Controller Form и Degrees of Freedom.
Именем переменной по умолчанию для сохраненного контроллера является C. Можно поменять имя переменной путем введения нового имени в линию сводных данных задачи.
Задача также предоставляет информацию о производительности и робастности системы с обратной связью в структуре под названием pidInfo по умолчанию. Для получения информации об этой структуре смотрите info выходной аргумент на pidtune страница с описанием.
Настройтесь ПИД-регулятор использует алгоритм, обсужденный в Алгоритме настройки ПИДа.