Настройте ПИД-регулятор, чтобы способствовать отслеживанию уставки или подавлению помех (PID Tuner)
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 эффективностью подавления помех в системах управления ПИДа и PI.
В этом примере вы представляете объект как модель LTI. Для получения информации об использовании PID Tuner, чтобы настроить блок PID Controller в модели Simulink®, смотрите ПИД-регулятор Мелодии, чтобы Способствовать Отслеживанию уставки или Подавлению помех (Simulink Control Design).
Рассмотрите систему управления, представленную на следующем рисунке.
Объект в этом примере:
Отслеживание уставки является ответом в y к сигналам в r. Подавление помех является мерой подавления в y сигналов в d. Когда вы используете PID Tuner, чтобы настроить контроллер, можно настроить проект, чтобы способствовать отслеживанию уставки или подавлению помех, когда приложение требует.
Спроектируйте начальный ПИ-контроллер
Наличие первоначального проекта контроллера обеспечивает базовую линию, с которой можно сравнить результаты, когда вы настраиваете ПИ-контроллер. Создайте первоначальный проект ПИ-контроллера для объекта с помощью настраивающей команды ПИДа pidtune.
G = tf(0.3,[1,0.1,0]); % plant model C = pidtune(G,'PI');
Используйте первоначальный проект контроллера, чтобы открыть PID Tuner.
pidTuner(G,C)
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.
Совет
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.
Настройте переходное поведение
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 налево, чтобы улучшить подавление помех. Ответы с первоначальным проектом контроллера теперь отображены как Baseline response (пунктирная линия).
Понижение коэффициента переходного поведения к 0,45 ускоряет подавление помех, но также и увеличивает перерегулирование в ответе отслеживания уставки.
Совет
Щелкните правой кнопкой по отслеживанию уставки, строят и выбирают Characteristics> Peak Response, чтобы получить численное значение для перерегулирования.
Переместите ползунок 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 чрезвычайно вялому подавлению помех. Можно попытаться переместить ползунок Transient behavior, пока вы не находите баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех, которое подходит для вашего приложения. Влияние, которое изменение ползунка оказывает на баланс, зависит от модели объекта управления. Для некоторых моделей объекта управления эффект не является столь же большим как показано в этом примере.
Измените ПИД, настраивающий особое внимание проекта
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 PIDF. В меню Type выберите PIDF.
PID Tuner автоматически проектирует контроллер нового типа, PIDF. Переместите ползунок Transient Behavior, чтобы задержать коэффициент к 0,6.
Сохраните этот новый проект как базовый проект путем нажатия на стрелу Export
и выбора Save as Baseline.
Проект PIDF заменяет исходный проект PI в качестве базового графика.
Как в случае PI, начальные PIDF проектируют отслеживание уставки балансов и подавление помех. Также как в случае PI, контроллер дает к некоторому перерегулированию в ответе отслеживания уставки и подавляет входное воздействие с подобным 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 эффективности отслеживания уставки.
Контроллер PIDF, настроенный с особым вниманием отслеживания уставки, отображен как Tuned response (сплошная линия). 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.
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 двумя мерами эффективности. Используйте особое внимание проекта и ползунки вместе, чтобы достигнуть баланса эффективности, который лучше всего соответствует вашим конструктивным требованиям. Эффект этой точной настройки на производительности системы зависит строго от свойств вашего объекта. Для некоторых объектов, перемещая ползунок Transient Behavior или изменяя опцию Focus оказывает минимальное влияние.