В этом примере показано, как автоматически настроить блок PID Controller с помощью PID Tuner.
PID Tuner предоставляет быстрый и широко применимый одноконтурный настраивающий метод ПИДа для блоков ПИД-регулятора Simulink®. С этим методом можно настроить параметры ПИД-регулятора, чтобы достигнуть устойчивого проекта с желаемым временем отклика.
Типичный рабочий процесс проекта с PID Tuner включает следующие задачи:
(1) Запустите PID Tuner. При запуске программное обеспечение автоматически вычисляет линейную модель объекта управления из модели Simulink и проектирует начальный контроллер.
(2) Настройте контроллер в PID Tuner путем ручной корректировки критериев расчета в двух режимах проектирования. Тюнер вычисляет параметры ПИДа, которые надежно стабилизируют систему.
(3) Экспортируйте параметры спроектированного контроллера назад с блоком PID Controller и проверьте производительность контроллера в Simulink.
Откройте модель управления скорости вращения двигателя с блоком PID Controller и займите некоторое время, чтобы исследовать его.
open_system('scdspeedctrlpidblock')
В этом примере вы проектируете ПИ-контроллер в цикле управления скорости вращения двигателя. Цель проекта состоит в том, чтобы отследить ссылочный сигнал от блока scdspeedctrlpidblock/Speed Reference шага Simulink. Конструктивные требования:
Время урегулирования менее чем 5 секунд
Обнулите установившуюся ошибку к входу ссылки шага.
В этом примере вы стабилизируете обратную связь и достигаете хорошей производительности отслеживания уставки путем разработки ПИ-контроллера scdspeedctrl/PID Controller в PID Tuner.
Чтобы запустить PID Tuner, дважды кликните блок PID Controller, чтобы открыть его диалоговое окно блока. Во вкладке Main нажмите Tune.
Когда PID Tuner запускается, программное обеспечение вычисляет линеаризовавшую модель объекта управления, замеченную контроллером. Программное обеспечение автоматически идентифицирует ввод и вывод объекта и использует текущую рабочую точку в линеаризации. Объект может иметь любой порядок и может иметь задержки.
PID Tuner вычисляет начальный ПИ-контроллер, чтобы достигнуть разумного компромисса между производительностью и робастностью. По умолчанию производительность отслеживания уставки шага отображается в графике.
Следующий рисунок показывает диалоговое окно PID Tuner с первоначальным проектом:
Нажмите параметры Show, чтобы просмотреть параметры контроллера P и меня и набор измерений робастности и производительности. В этом примере первоначальный проект ПИ-контроллера дает время урегулирования 2 секунд, которое удовлетворяет требование.
Перерегулирование ответа отслеживания уставки составляет приблизительно 7,5 процентов. Поскольку у нас все еще есть некоторая комната прежде, чем достигнуть предела времени урегулирования, вы могли уменьшать перерегулирование путем увеличения времени отклика. Переместите ползунок времени отклика налево, чтобы увеличить время отклика замкнутого цикла. Заметьте это, когда вы настроите время отклика, график отклика и параметры контроллера и обновление измерений производительности.
Следующий рисунок показывает настроенный проект ПИДа с перерегулированием нуля и временем урегулирования 4 секунд. Спроектированный контроллер эффективно становится контроллером только для интеграла.
Для того, чтобы достигнуть нулевого перерегулирования при сокращении времени урегулирования ниже 2 секунд, необходимо использовать в своих интересах оба ползунка. Необходимо сделать ответ управления быстрее, чтобы уменьшать время урегулирования и увеличить робастность, чтобы уменьшать перерегулирование. Например, можно уменьшать время отклика с 3,4 до 1,5 секунд и увеличить робастность с 0,6 до 0,72.
Следующий рисунок показывает ответ с обратной связью с этими настройками:
После того, как вы будете довольны производительностью контроллера на линейной модели объекта управления, можно протестировать проект на нелинейной модели. Для этого нажмите Update Block в PID Tuner. Это действие записывает параметры обратно с блоком PID Controller в модели Simulink.
Следующий рисунок показывает обновленное диалоговое окно блока PID Controller:
Следующий рисунок показывает ответ системы с обратной связью:
Ответ показывает, что новый контроллер соответствует всем конструктивным требованиям.
Можно также использовать Control System Designer, чтобы спроектировать блок PID Controller, когда блок PID Controller принадлежит многоконтурной задаче проекта. Смотрите пример Один Проект Компенсатора Обратной связи/Предварительного фильтра Цикла (Simulink Control Design).
bdclose('scdspeedctrlpidblock')