В этом примере показано, как обеспечить безударную передачу управления при переключении с ручного управления на управление PID. Мы используем блок PID Controller в Simulink ® для управления процессом первого заказа с мертвым временем.
Начнем с открытия модели.
Рисунок 1: Имитационная модель ПИД-контроля с безударным переносом.
Чтобы открыть эту модель, введите sldemo_bumpless в терминале MATLAB ®.
PID-контроллер настроен с насыщением, игнорируемым с помощью PID-тюнера Simulink ® Control Design™.
Контролируемый завод представляет собой процесс первого заказа с мертвым временем, описанным в
По ряду эксплуатационных причин инженеры решили начать процесс управления с разомкнутым контуром, подавая на вход установки насыщающий наклонный сигнал, чтобы медленно привести выход установки к желаемому установившемуся значению 40. Запланирована передача управления t = 150. Поэтому этот переход между управлением с разомкнутым контуром и управлением с замкнутым контуром включает две фазы управления:
Руководство: Сигнал насыщенного клина подает на вход установки во время пуска до t = 150.
Автоматический: ПИД-контроллер будет подключаться к установке при t = 150, и должен взять процесс на себя без введения ударов на входе установки.
Для обеспечения плавного перехода управления блок PID Controller поддерживает два режима работы: режим слежения и режим управления. В режиме управления блок контроллера PID работает как обычный контроллер PID. В режиме слежения, однако, блок имеет дополнительный вход, который позволяет блоку PID регулировать свое внутреннее состояние путем изменения своего выхода интегратора так, чтобы выход блока отслеживал заданный сигнал, подающий этот дополнительный входной порт.
Для обеспечения безударной передачи управления блок PID Controller должен находиться в режиме слежения, когда установка находится в фазе ручного управления (управление с разомкнутым контуром), и в режиме управления, когда установка находится в фазе автоматического управления (управление с замкнутым контуром).
Для активизации отслеживания сигналов перейдите на вкладку Initialization в диалоговом окне block; выберите Включить режим отслеживания и укажите коэффициент усиления Kt. Обратное это усиление является постоянной времени цикла слежения. Для получения дополнительной информации о выборе этого коэффициента усиления см. Справочный документ [1].
Рис. 2: Включение tracking mode блока контроллера PID.
Как показано на фиг.1, как только режим отслеживания включен, блок имеет второй входной порт, обозначенный TR. Внутри этот новый порт подключен, как показано под маской:
Рисунок 3: Подмаска блока PID Controller с режимом отслеживания.
В дополнение к включению режима отслеживания для блока PID-контроллера необходим механизм переключения для достижения передачи управления. Переключатель 1 определяет, какой сигнал подается на вход установки, и подает порт отслеживания блока PID Controller.
В момент времени t = 0 переключатель 1 направляет сигнал ручного управления на вход установки и порт слежения блока PID Controller. Это позволяет выходному сигналу блока контроллера PID отслеживать сигнал ручного управления во время фазы ручного управления путем регулировки внутреннего интегратора контроллера PID. Следовательно, когда происходит передача управления, выходной сигнал PID-контроллера будет приблизительно таким же, как и сигнал ручного управления.
В момент времени t = 150 переключатель 1 переключается, направляя выходной сигнал блока PID-контроллера на вход установки и на вход отслеживания блока PID-контроллера. Блок PID Controller теперь отслеживает свой собственный выход, который эквивалентен режиму управления.
Сигнал уставки и отклик модели по замкнутому контуру показаны на рис. 4.
Рис. 4: Уставка по сравнению с измеренным выходом.
На фиг.4 ясно показано, что измеренный выходной сигнал отслеживает профиль уставки без каких-либо колебаний выходного сигнала во время переключения (t = 150). Для дальнейшего изучения этого вопроса входные сигналы установки и управляющие сигналы показаны на рис. 5.
Рис. 5. Переключение управляющего сигнала.
Рис. 6: Ввод на завод.
Фиг.5 и 6 показывают, что в случае переключения на входе установки не произошло никаких ступенчатых изменений (ударов), и, следовательно, передача управления происходит плавно без ударов, как предполагалось.
Чтобы увидеть значение настройки безударной передачи, рассмотрим случай, когда режим отслеживания не используется. В этом случае получается следующая настройка:
Рис. 7: Имитационная модель ПИД-контроля без безударного переноса.
Чтобы открыть эту модель, введите sldemo_bumplessno в терминале MATLAB.
Фиг.8 и 9 показывают рабочие характеристики в отсутствие соответствующей стратегии передачи управления без неровностей.
Рис. 8: Уставка по сравнению с измеренным выходом.
Рис. 9: Переключение управляющего сигнала.
Из фиг.8 и 9 видно, что разрешение ПИД-контроллеру плавать, когда установка находится под ручным управлением, может привести к нежелательным большим переходным процессам при переключении.
Как показано в этом примере, блок контроллера PID поддерживает безударную передачу управления посредством использования режима слежения.
К.Острём, Т. Хегглунд, Усовершенствованный ПИД-контроль, ISA, Исследовательский треугольный парк, NC, август 2005.