В этом примере показано, как автоматически настроить блок контроллера PID с помощью тюнера PID.
PID-тюнер обеспечивает быстрый и широко применимый метод одноконтурной настройки PID для блоков PID-контроллера Simulink ®. С помощью этого метода можно настроить параметры контроллера PID для достижения надежной конструкции с требуемым временем отклика.
Типичный рабочий процесс проектирования с PID-тюнером включает в себя следующие задачи:
(1) Запустите PID-тюнер. При запуске программное обеспечение автоматически вычисляет линейную модель завода на основе модели Simulink и проектирует начальный контроллер.
(2) Настройте контроллер в PID-тюнере, вручную настроив критерии проектирования в двух режимах проектирования. Тюнер вычисляет параметры PID, которые надежно стабилизируют систему.
(3) Экспорт параметров проектируемого контроллера обратно в блок PID Controller и проверка производительности контроллера в Simulink.
Откройте модель управления частотой вращения двигателя с помощью блока PID Controller и изучите ее несколько минут.
open_system('scdspeedctrlpidblock')
В этом примере создается PI-контроллер в контуре управления частотой вращения двигателя. Целью проекта является отслеживание опорного сигнала от шагового блока Simulink scdspeedctrlpidblock/Speed Reference. Проектные требования:
Время установки менее 5 секунд
Нулевая ошибка установившегося состояния для опорного входного сигнала шага.
В этом примере стабилизируется контур обратной связи и достигается хорошая производительность отслеживания эталонов за счет проектирования PI-контроллера. scdspeedctrl/PID Controller в тюнере PID.
Для запуска PID-тюнера дважды щелкните по блоку PID Controller, чтобы открыть его диалоговое окно. На вкладке Главная нажмите кнопку Настроить.
При запуске PID-тюнера программное обеспечение вычисляет линеаризованную модель установки, видимую контроллером. Программное обеспечение автоматически идентифицирует входные и выходные данные установки и использует текущую рабочую точку для линеаризации. Завод может иметь любой заказ и может иметь задержки по времени.
PID-тюнер вычисляет начальный PI-контроллер для достижения разумного компромисса между производительностью и надежностью. По умолчанию на графике отображается производительность отслеживания привязок шагов.
На следующем рисунке показано диалоговое окно PID Tuner с начальной конструкцией:
Щелкните Показать параметры (Show parameters), чтобы просмотреть параметры контроллера P и I, а также набор измерений производительности и надежности. В этом примере начальная конструкция PI-контроллера дает время установки 2 секунды, что соответствует требованию.
Превышение контрольного ответа на отслеживание составляет около 7,5 процента. Так как у нас еще есть место, прежде чем достичь предела времени оседания, вы можете уменьшить перерасход, увеличив время отклика. Переместите регулятор времени отклика влево, чтобы увеличить время отклика по замкнутому контуру. Обратите внимание, что при настройке времени отклика график отклика и параметры контроллера и измерения производительности обновляются.
На следующем рисунке показана скорректированная схема PID с превышением нулевого значения и временем установки 4 секунды. Проектируемый контроллер эффективно становится интегральным контроллером.
Чтобы достичь нулевого превышения при сокращении времени отстаивания ниже 2 секунд, необходимо воспользоваться преимуществами обоих ползунов. Вы должны сделать ответ управления быстрее, чтобы сократить время оседания и увеличить надежность, чтобы уменьшить перегрузку. Например, можно сократить время отклика с 3,4 до 1,5 секунды и увеличить надежность с 0,6 до 0,72.
На следующем рисунке показана реакция замкнутого цикла с этими настройками:
После того как вы довольны производительностью контроллера на линейной модели установки, вы можете протестировать конструкцию на нелинейной модели. Для этого нажмите кнопку «Обновить блок» в тюнере PID. Это действие записывает параметры обратно в блок контроллера PID в модели Simulink.
На следующем рисунке показано обновленное диалоговое окно блока контроллера PID:
На следующем рисунке показана реакция системы с замкнутым контуром:
Ответ показывает, что новый контроллер соответствует всем проектным требованиям.
Можно также использовать конструктора системы управления для проектирования блока контроллера PID, когда блок контроллера PID относится к задаче проектирования с несколькими контурами. См. пример конструкции компенсатора с одноконтурной обратной связью/предварительным фильтром (Simulink Control Design).
bdclose('scdspeedctrlpidblock')