Документация

Системная модель

Этот пример использует watertank_comp_design Модель Simulink. Открыть модель, в командной строке MATLAB^®, введите:

watertank_comp_design

Эта модель содержит модель объекта управления Water-Tank System и ПИД-регулятор в одноконтурной системе с обратной связью.

Чтобы просмотреть модель бака для воды, дважды кликните блок Water-Tank System.

Эта модель представляет следующую систему бака для воды:

где

Вода входит, бак от верхней части на уровне, пропорциональном напряжению, применился к насосу. Вода уезжает посредством открытия в основе бака на уровне, который пропорционален квадратному корню из высоты воды в баке. Присутствие квадратного корня в уровне потока воды приводит к нелинейному объекту. На основе этих скоростей потока жидкости скорость изменения объема бака:

Конструктивные требования

Настройте ПИД-регулятор, чтобы соответствовать следующим конструктивным требованиям переходного процесса с обратной связью:

Открытый Control System Designer

Чтобы открыть Control System Designer, в окне модели Simulink, в галерее Apps, нажимают Control System Designer.

Control System Designer открывает и автоматически открывает диалоговое окно Edit Architecture.

Задайте блоки, чтобы настроиться

Чтобы задать компенсатор, чтобы настроиться, в диалоговом окне Edit Architecture, нажимают Add Blocks.

В диалоговом окне Select Blocks to Tune, на левой панели, кликают по подсистеме Controller и, на столбце Tune, устанавливают флажок для PID Controller.

Нажмите OK.

В диалоговом окне Edit Architecture приложение добавляет блок выбранного контроллера в список блоков, чтобы настроиться на вкладке Blocks. На вкладке Signals приложение также добавляет, что выход блока PID Controller к списку анализа указывает Locations.

Когда Control System Designer открывается, он добавляет любые аналитические точки, ранее заданные в модели Simulink к списку Locations. Для watertank_comp_design, существует два таких сигнала.

Чтобы линеаризовать модель Simulink и установить архитектуру управления, нажмите OK.

По умолчанию Control System Designer линеаризует модель объекта управления в начальных условиях модели.

Приложение добавляет ПИД-регулятор в Data Browser в области Controllers and Fixed Blocks. Приложение также вычисляет передаточную функцию разомкнутого цикла при выходе блока PID Controller и добавляет этот ответ на Data Browser.

Постройте переходной процесс с обратной связью

Чтобы анализировать проектирование контроллера, создайте передаточную функцию с обратной связью системы и постройте ее переходной процесс.

На вкладке Control System нажмите New Plot и выберите New Step.

На Новом Шаге, чтобы построить диалоговое окно, на Select Response to Plot выпадающий список, выбирают New Input-Output Transfer Response.

Добавить входной сигнал, в области Specify input signals, нажатие кнопки +. В выпадающем списке выберите выход блока Desired Water Level.

Добавить выходной сигнал, в области Specify output signals, нажатие кнопки +. В выпадающем списке выберите выход блока Water-Tank System.

Чтобы создать передаточную функцию с обратной связью и построить переходной процесс, нажмите Plot.

Чтобы просмотреть максимальное перерегулирование на графике отклика, щелкните правой кнопкой по области построения и выберите Characteristics> Peak Response.

Чтобы просмотреть время нарастания на графике отклика, щелкните правой кнопкой по области построения и выберите Characteristics> Rise Time.

Наведение мыши характеристические индикаторы, чтобы просмотреть их значения. Текущий проект имеет a:

Этот ответ не удовлетворяет 5%-м конструктивным требованиям перерегулирования.

Настройте компенсатор Используя автоматизированную настройку ПИДа

Чтобы настроить компенсатор с помощью автоматизированной настройки ПИДа, нажмите Tuning Methods и выберите PID Tuning.

В диалоговом окне PID Tuning, в разделе Specifications, выбирают следующие опции:

Нажмите Update Compensator. Обновления приложения ответ с обратной связью для новых настроек компенсатора и обновлений переходный процесс.

Проверять производительность системы, мышь по маркерам характеристики ответа. Отклик системы с настроенным компенсатором имеет a:

Этот ответ превышает максимальное позволенное перерегулирование 5%. Время нарастания намного медленнее, чем необходимое время нарастания пяти секунд.

Настройтесь компенсатор Используя предвещают графическую настройку

Чтобы уменьшить время нарастания, в интерактивном режиме увеличьтесь, усиление компенсатора, использующее графический, Предвещают Настройку.

Чтобы открыть разомкнутый цикл Предвещают редактор, нажимают Tuning Methods и выбирают Bode Editor.

В диалоговом окне Select Response to Edit уже выбран ответ разомкнутого цикла при выходе блока PID Controller. Чтобы открыть Предвещать редактор для этого ответа, нажмите Plot.

Чтобы просмотреть Bode Editor и графики Step Response рядом друг с другом, на вкладке View, нажимают Left/Right.

В графике Bode Editor вытащите ответ величины, чтобы увеличить усиление компенсатора. Путем увеличения усиления вы увеличиваете пропускную способность и ускоряете ответ.

Когда вы перетаскиваете Предвещать ответ вверх, приложение автоматически обновляет компенсатор и связанные графики отклика. Кроме того, когда вы выпускаете график, в строке состояния, на правой стороне, отображения приложения обновленное значение усиления.

Увеличьте усиление компенсатора, пока переходной процесс не будет соответствовать конструктивным требованиям. Одно потенциальное решение должно установить усиление на 1.7.

В этом значении усиления ответ замкнутого цикла имеет a:

Точно настройте контроллер Используя редактор компенсатора

Чтобы настроить параметры вашего компенсатора непосредственно, используйте редактор компенсатора. В Bode Editor щелкните правой кнопкой по области построения и выберите Edit Compensator.

В диалоговом окне Compensator Editor, на вкладке Parameter, настраивают усиления ПИД-регулятора. Для получения дополнительной информации о редактировании параметров компенсатора смотрите, что блоки Simulink Мелодии Используют Редактор Компенсатора.

В то время как настроенный компенсатор соответствует конструктивным требованиям, время урегулирования составляет более чем 30 секунд. Чтобы улучшить время урегулирования, настройте P и параметры I контроллера вручную.

Например, установите параметры компенсатора на:

Этот компенсатор производит ответ с обратной связью с a:

Симулируйте систему с обратной связью в Simulink

Подтвердите свой проект компенсатора путем симуляции нелинейной модели Simulink настроенными параметрами контроллера.

Чтобы записать настроенные параметры компенсатора в блок PID Controller, в Control System Designer, на вкладке Control System, нажимают Update Blocks.

В окне модели Simulink запустите симуляцию.

Чтобы просмотреть симуляцию с обратной связью выход, дважды кликните блок Scope.

Ответ с обратной связью нелинейной системы удовлетворяет конструктивным требованиям временем нарастания меньше чем пяти секунд и минимального перерегулирования.