В этом примере показано, как настроить ПИД-регулятор, чтобы уменьшать перерегулирование в отслеживании уставки или улучшить отклонение воздействия во входе объекта. Используя приложение PID Tuner, пример иллюстрирует компромисс между отслеживанием уставки и производительностью подавления помех в системах управления ПИДа и PI.
Загрузите модель Simulink®, которая содержит блок ПИД-регулятора.
open_system('singlePIloop')
Объект в этом примере:
Модель также включает ссылочный сигнал и воздействие шага во входе объекта. Отслеживание уставки является ответом в y к ссылочному сигналу, r. Подавление помех является мерой подавления в y из введенного воздействия, d. Когда вы используете PID Tuner, чтобы настроить контроллер, можно настроить проект, чтобы способствовать отслеживанию уставки или подавлению помех, когда приложение требует.
Спроектируйте начальный контроллер для объекта. Для этого дважды кликните блок ПИД-регулятора, чтобы открыть диалоговое окно Block Parameters и нажать Tune. PID Tuner открывает и автоматически вычисляет первоначальный проект контроллера.
Контроллер в модели Simulink сконфигурирован как контроллер типа PI. Поэтому начальный контроллер, спроектированный PID Tuner, имеет также тип PI.
Добавьте переходный процесс входного подавления помех. Выберите Add Plot> Input Disturbance Rejection.
PID Tuner размещает график подавления помех рядом бок о бок с графиком отслеживания уставки.
Используйте опции во вкладке View, чтобы измениться, как PID Tuner отображает несколько графиков.
По умолчанию, для данной пропускной способности и запаса по фазе, PID Tuner настраивает контроллер, чтобы достигнуть баланса между отслеживанием уставки и подавлением помех. В этом случае контроллер дает к некоторому перерегулированию в ответе отслеживания уставки. Контроллер также подавляет входное воздействие с более длинным временем урегулирования, чем отслеживание уставки после начального пика.
Щелкните
, чтобы обновить модель Simulink с этим первоначальным проектом контроллера. Выполнение так также обновляет Графики отклика Блока в PID Tuner, так, чтобы, когда вы изменяете проектирование контроллера, можно было сравнить результаты с первоначальным проектом.
В зависимости от вашего приложения вы можете хотеть изменить баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех, чтобы способствовать один или другой. Для ПИ-контроллера можно изменить этот баланс с помощью ползунка Transient Behavior. Переместите ползунок Transient behavior налево, чтобы улучшить подавление помех. Ответы с первоначальным проектом контроллера теперь отображены как Block response (пунктирная линия).
Понижение коэффициента переходного поведения к 0,45 ускоряет подавление помех, но также и увеличивает перерегулирование в ответе отслеживания уставки.
Щелкните правой кнопкой по графику отслеживания уставки и выберите Characteristics> Peak Response, чтобы получить численное значение для перерегулирования.
Переместите Transient behavior направо, пока перерегулирование в ответе отслеживания уставки не будет минимизировано.
Увеличение коэффициента переходного поведения к 0,70 почти устраняет перерегулирование, но приводит к вялому подавлению помех. Можно попытаться переместить ползунок Transient behavior, пока вы не находите подходящий баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех для вашего приложения. То, насколько ползунок влияет на баланс, зависит от модели объекта управления. Для некоторых моделей объекта управления эффект не является столь же большим как показано в этом примере.
До сих пор время отклика системы управления осталось фиксированным, в то время как вы изменили коэффициент переходного поведения. Эти операции эквивалентны фиксации пропускной способности и варьированию целевой минимальный запас по фазе системы. Если вы хотите зафиксировать обоих пропускная способность и целевой запас по фазе, можно все еще изменить баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех. Чтобы настроить контроллер, который одобряет или подавление помех или отслеживание уставки, вы изменяете design focus алгоритма настройки ПИДа.
Изменение особого внимания проекта PID Tuner является более эффективным больше настраиваемых параметров, там находятся в системе управления. Поэтому это не оказывает много влияния, когда используется с ПИ-контроллером. Чтобы видеть его эффект, измените тип контроллера в ПИД. В модели Simulink дважды кликните блок ПИД-регулятора. В диалоговом окне параметров блоков, в Controller выпадающее меню, выбирают PID.
Нажмите Apply. Затем нажмите Tune. Это действие обновляет PID Tuner с новым проектированием контроллера, на этот раз для ПИД-регулятора. Щелкните к модели Simulink с этим первоначальным проектом ПИД-регулятора, так, чтобы можно было сравнить результаты, когда вы изменяете особое внимание проекта.
Как в случае PI, первоначальный проект ПИДа балансирует отслеживание уставки и подавление помех. В этом случае также контроллер дает к некоторому перерегулированию в ответе отслеживания уставки и подавляет входное воздействие с более длинным временем урегулирования.
Измените особое внимание проекта PID Tuner, чтобы способствовать отслеживанию уставки, не изменяя время отклика или коэффициент переходного поведения. Для этого нажмите
Options, и в меню Focus, выберите Reference tracking.
PID Tuner автоматически повторно настраивает коэффициенты контроллера с особым вниманием на производительности отслеживания уставки.
Ответы со сбалансированным контроллером теперь отображены как Block response, и контроллером, настроенным с отслеживанием уставки особого внимания, является Tuned response. Графики показывают, что получившийся контроллер отслеживает ссылочный вход со значительно меньшим количеством перерегулирования и более быстрым временем урегулирования, чем сбалансированное проектирование контроллера. Однако проект дает к намного более плохому подавлению помех.
Наконец, измените особое внимание проекта, чтобы способствовать подавлению помех. В
диалоговом окне Options, в меню Focus, выбирают Input disturbance rejection.
Это проектирование контроллера дает к улучшенному подавлению помех, но результатам в некотором увеличенном перерегулировании в ответе отслеживания уставки.
Когда вы используете опцию особого внимания проекта, можно все еще настроить ползунок Transient Behavior для дальнейшей подстройки баланса между этими двумя мерами производительности. Используйте особое внимание проекта и ползунки вместе, чтобы достигнуть баланса производительности, который лучше всего соответствует вашим конструктивным требованиям. Эффект этой подстройки на производительности системы зависит строго от свойств вашего объекта. Для некоторых объектов, перемещая ползунок Transient Behavior или изменяя опцию Focus оказывает минимальное влияние.
Чтобы получить независимое управление отслеживанием уставки и подавлением помех, можно использовать два контроллера степени свободы, PID Controller (2DOF), вместо одного контроллера степени свободы.