В этом примере показано, как сконструировать PI-контроллер с использованием частотной характеристики, оцененной по модели Simulink. Это альтернативный рабочий процесс проектирования МТС, когда линеаризованная модель установки является недопустимой для проектирования МТС (например, когда модель установки имеет нулевой коэффициент усиления).
Откройте модель управления двигателем и сделайте несколько минут, чтобы изучить ее.
mdl = 'scdenginectrlpidblock';
open_system(mdl)
Контур PID включает в себя PI-контроллер в параллельной форме, который управляет углом дросселя для управления частотой вращения двигателя. Контроллер PI имеет коэффициенты усиления по умолчанию, которые заставляют систему с замкнутым контуром колебаться. Мы хотим разработать контроллер с помощью тюнера PID, который запускается из диалогового окна блока PID.
open_system([mdl '/Engine Speed (rpm)'])
sim(mdl)
Закройте область.
close_system([mdl '/Engine Speed (rpm)'])
В этом примере установка, рассматриваемая блоком PID, находится от угла дроссельной заслонки до частоты вращения двигателя. Входные и выходные точки линеаризации уже определены на выходе блока PID и измерении частоты вращения двигателя соответственно. Линеаризация в начальной рабочей точке дает модель установки с нулевым коэффициентом усиления.
Чтобы проверить нулевую линеаризацию, сначала получите входную и выходную точки линеаризации из модели.
io = getlinio(mdl);
Затем линеаризуют установку в ее начальной рабочей точке.
linsys = linearize(mdl,io)
linsys =
D =
Throttle Ang
EngineSpeed 0
Static gain.
Причина получения нулевого коэффициента усиления заключается в том, что в пути линеаризации имеется запускаемая подсистема (Сжатие), и аналитическая поблочная линеаризация не поддерживает подсистемы, основанные на событиях. Поскольку PID-тюнер использует тот же подход для получения линейной модели установки, PID-тюнер также получает модель установки с нулевым коэффициентом усиления и отклоняет ее в процессе запуска.
Чтобы запустить тюнер PID, откройте диалоговое окно блока PID и нажмите кнопку «Настройка». Откроется информационное диалоговое окно, показывающее, что линеаризованная модель установки в начальной рабочей точке имеет нулевой коэффициент усиления и не может использоваться для проектирования ПИД-контроллера.
Альтернативным способом получения линейной модели установки является непосредственная оценка данных частотной характеристики из модели Simulink, создание frd система в рабочей области MATLAB и импортировать ее обратно в PID-тюнер для продолжения проектирования PID.
Входной сигнал синестрима является наиболее надежным входным сигналом для оценки точной частотной характеристики модели Simulink с использованием frestimate функция. Дополнительные сведения об использовании frestimate, см. Оценка частотного отклика с использованием методов моделирования (Simulink Control Design).
В этом примере создайте синусоидальный поток, который сдвигает частоту от 0,1 до 10 рад/с с амплитудой 1e-3. Результаты оценки можно проверить с помощью графика модели.
Создайте сигнал синестрима.
in = frest.Sinestream('Frequency',logspace(-1,1,50),'Amplitude',1e-3);
Оцените частотную характеристику. Этот процесс может занять несколько минут.
sys = frestimate(mdl,io,in);
Отображение расчетной частотной характеристики.
bode(sys)
sys является frd система, представляющая частотную характеристику установки в начальной рабочей точке. Чтобы использовать его в PID-тюнере, необходимо импортировать его после запуска PID-тюнера. Щелкните Завод (Plant) и выберите Импорт (Import). Частота выборки импортированных данных frd установка должна соответствовать частоте отбора проб блока PID Controller.
Щелкните Импорт системы LTI и в списке выберите sys. Затем нажмите «OK», чтобы импортировать frd в тюнер PID. Автоматизированная конструкция возвращает стабилизирующий контроллер. Щелкните Добавить график (Add Plot) и выберите График с разомкнутым контуром (Open-Loop Bode Plot) График показывает разумный выигрыш и запас по фазе. Щелкните Показать параметры (Show Parameters) для просмотра значений коэффициента усиления и запаса по фазе. Графики ответов во временной области недоступны для frd модели растений.
Для обновления блоков PID P и I нажмите кнопку «Обновить блок».
Моделирование в Simulink показывает, что новый контроллер PI обеспечивает хорошую производительность при управлении нелинейной моделью.
Закройте модель.
bdclose(mdl)