В этом примере показано, как использовать systune
или looptune
автоматически настроить системы управления, смоделированные в Simulink.
Для этого примера мы используем следующую модель системы управления скорости вращения двигателя:
open_system('rct_engine_speed')
Система управления состоит из одного цикла ПИДа, и усиления ПИД-регулятора должны быть настроены, чтобы соответственно ответить на ступенчатые изменения в желаемой скорости. А именно, мы хотим, чтобы ответ обосновался меньше чем через 5 секунд с минимальным перерегулированием. В то время как pidtune
более быстрая альтернатива для настройки одного ПИД-регулятора, этот простой пример хорошо подходит для введения в systune
и looptune
рабочие процессы в Simulink.
slTuner
интерфейс предоставляет удобный шлюз systune
для систем управления, смоделированных в Simulink. Этот интерфейс позволяет вам задать, какие блоки в модели Simulink являются настраиваемыми и какие сигналы являются представляющими интерес для открытого - или валидация с обратной связью. Создайте slTuner
экземпляр для rct_engine_speed
модель и список блок "PID Controller" (подсвеченный в оранжевом) как настраиваемый. Обратите внимание на то, что все Линейные Аналитические точки в модели (сигналы "Касательно" и "Скорость" здесь) автоматически доступны как интересные места для настройки.
ST0 = slTuner('rct_engine_speed','PID Controller');
Блок PID инициализируется своим значением в модели Simulink, которая можно получить доступ к использованию getBlockValue
. Обратите внимание на то, что пропорциональные и производные усиления инициализируются, чтобы обнулить.
getBlockValue(ST0,'PID Controller')
ans = 1 Ki * --- s with Ki = 0.01 Name: PID_Controller Continuous-time I-only controller.
Затем создайте требование отслеживания шага, чтобы получить целевое время урегулирования 5 секунд. Используйте имена сигнала в модели Simulink, чтобы относиться к опорным и выходным сигналам и задать целевой ответ как ответ первого порядка с постоянной времени 1 секунды.
TrackReq = TuningGoal.StepTracking('Ref','Speed',1);
Можно теперь настроить систему управления ST0
подвергните требованию TrackReq
.
ST1 = systune(ST0,TrackReq);
Final: Soft = 0.282, Hard = -Inf, Iterations = 64
Окончательное значение близко к 1 указанию, что требование отслеживания удовлетворяется. systune
возвращает "настроенную" версию ST1
из системы управления, описанной ST0
. Снова используйте getBlockValue
получить доступ к настроенным значениям коэффициентов ПИД:
getBlockValue(ST1,'PID Controller')
ans = 1 s Kp + Ki * --- + Kd * -------- s Tf*s+1 with Kp = 0.00217, Ki = 0.00341, Kd = 0.000513, Tf = 1.09e-06 Name: PID_Controller Continuous-time PIDF controller in parallel form.
Чтобы симулировать ответ с обратной связью на команду шага в скорости, получите начальные и настроенные передаточные функции от команды скорости "Касательно" к "Speed" выход и постройте их переходные процессы:
T0 = getIOTransfer(ST0,'Ref','Speed'); T1 = getIOTransfer(ST1,'Ref','Speed'); step(T0,T1) legend('Initial','Tuned')
Можно также использовать looptune
настроить системы управления, смоделированные в Simulink. looptune
рабочий процесс очень похож на systune
рабочий процесс. Одним различием является тот looptune
потребности знать контур между объектом и контроллером, который задан в терминах сигналов измерений и средств управления. Для одного цикла эффективность по существу получена временем отклика, или эквивалентно частотой среза разомкнутого контура. На основе характеристик первого порядка частота среза должна превысить 1 рад/с для ответа с обратной связью, чтобы обосноваться меньше чем за 5 секунд. Можно поэтому настроить цикл ПИДа с помощью 1 рад/с в качестве целевой частоты среза на 0 дБ.
% Mark the signal "u" as a point of interest addPoint(ST0,'u') % Tune the controller parameters Control = 'u'; Measurement = 'Speed'; wc = 1; ST1 = looptune(ST0,Control,Measurement,wc);
Final: Peak gain = 0.979, Iterations = 4 Achieved target gain value TargetGain=1.
Снова окончательное значение близко к 1, указывая, что целевая пропускная способность управления была достигнута. Как с systune
, используйте getIOTransfer
вычислить и построить ответ с обратной связью от команды скорости до фактической скорости. Результат очень похож на полученный с systune
.
T0 = getIOTransfer(ST0,'Ref','Speed'); T1 = getIOTransfer(ST1,'Ref','Speed'); step(T0,T1) legend('Initial','Tuned')
Можно также выполнить анализ разомкнутого контура, например, вычислить запасы по амплитуде и фазе во входе u
объекта.
% Note: -1 because |margin| expects the negative-feedback loop transfer L = getLoopTransfer(ST1,'u',-1); margin(L), grid
Если вы удовлетворены systune
или looptune
результаты, можно загрузить настроенные параметры контроллера на Simulink для дальнейшей валидации с нелинейной моделью.
writeBlockValue(ST1)
Можно теперь симулировать ответ механизма с настроенным ПИД-регулятором.
Нелинейные результаты симуляции тесно совпадают с линейными ответами, полученными в MATLAB.
Часто полезно ограничить область значений настроенных параметров избавляться от нежелательных решений. Например, можно потребовать, чтобы пропорциональные и производные усиления ПИД-регулятора были неотрицательными. Для этого получите доступ к настроенной параметризации блока.
C = getBlockParam(ST0,'PID Controller')
C = Tunable continuous-time PID controller "PID_Controller" with formula: 1 s Kp + Ki * --- + Kd * -------- s Tf*s+1 and tunable parameters Kp, Ki, Kd, Tf. Type "pid(C)" to see the current value and "get(C)" to see all properties.
Установите "Минимальное" значение настраиваемых параметров Kp
и Kd
к 0.
C.Kp.Minimum = 0; C.Kd.Minimum = 0;
Наконец, сопоставьте модифицированную параметризацию с настроенным блоком.
setBlockParam(ST0,'PID Controller',C)
Повторно настройте коэффициенты ПИД и проверьте, что пропорциональные и производные усиления являются действительно неотрицательными.
ST1 = looptune(ST0,Control,Measurement,wc); showTunable(ST1)
Final: Peak gain = 0.892, Iterations = 5 Achieved target gain value TargetGain=1. Block 1: rct_engine_speed/PID Controller = 1 s Kp + Ki * --- + Kd * -------- s Tf*s+1 with Kp = 0.00111, Ki = 0.0031, Kd = 0.00015, Tf = 0.01 Name: PID_Controller Continuous-time PIDF controller in parallel form.
Более близкий контроль настроенных коэффициентов ПИД предполагает, что вклад производного термина незначителен. Это предлагает использовать более простой ПИ-контроллер вместо этого. Для этого замените параметризацию по умолчанию для блока "PID Controller":
setBlockParam(ST0,'PID Controller',tunablePID('C','pi'))
Это указывает, что блок "PID Controller" должен теперь быть параметрирован как простой ПИ-контроллер. Затем повторно настройте систему управления для этого более простого контроллера:
ST2 = looptune(ST0,Control,Measurement,wc);
Final: Peak gain = 0.95, Iterations = 4 Achieved target gain value TargetGain=1.
Снова окончательное значение меньше одного успеха указания. Сравните ответ с обратной связью с предыдущими единицами:
T2 = getIOTransfer(ST2,'Ref','Speed'); step(T0,T1,T2,'r--') legend('Initial','PID','PI')
Очевидно ПИ-контроллер достаточен для этого приложения.
slTuner
| systune (slTuner)
| TuningGoal.Tracking