В этом примере показано, как настроить ПИД-контроллер, чтобы уменьшить перегрузку в контрольном отслеживании или улучшить отклонение возмущений на входе установки. Используя приложение PID Tuner, пример иллюстрирует компромисс между эталонным отслеживанием и эффективностью нарушения-отклонения в системах управления PI и PID.
Загрузите модель Simulink ®, содержащую блок контроллера PID .
open_system('singlePIloop')
Завод в этом примере:
0 .1с.
Модель также включает в себя опорный сигнал и ступенчатое возмущение на входе установки. Контрольное отслеживание - это ответ на y к опорному сигналу, r. Отклонение нарушения является мерой подавления при y введенного нарушения, d. При использовании PID-тюнера для настройки контроллера можно настроить конструкцию в пользу отслеживания ссылок или отклонения нарушений, как того требует приложение.
Проектирование начального контроллера для установки. Для этого дважды щелкните блок контроллера PID, чтобы открыть диалоговое окно «Параметры блока», и нажмите кнопку «Настройка». PID-тюнер открывает и автоматически вычисляет начальную конструкцию контроллера.
Контроллер в модели Simulink настроен как контроллер типа PI. Поэтому первоначальный контроллер, разработанный PID-тюнером, также имеет PI-тип.
Добавьте график ответа на шаг отклонения входного возмущения. Выберите «Добавить график» > «Отклонение нарушения ввода».
PID-тюнер накладывает график отклонения-возмущения бок о бок с графиком отслеживания ссылок.
Совет
Используйте опции на вкладке «Вид», чтобы изменить способ отображения нескольких графиков в PID-тюнере.
По умолчанию для заданной полосы пропускания и запаса фазы PID-тюнер настраивает контроллер для достижения баланса между отслеживанием опорного сигнала и отклонением возмущений. В этом случае контроллер выдает некоторый избыточный сигнал в ответе отслеживания опорного сигнала. Контроллер также подавляет входное возмущение с более длительным временем установки, чем опорное отслеживание, после начального пика.
Щелкните
, чтобы обновить модель Simulink с помощью этой начальной конструкции контроллера. При этом также обновляются графики ответа блока в PID-тюнере, так что при изменении конструкции контроллера можно сравнить результаты с первоначальной конструкцией.
В зависимости от приложения может потребоваться изменить баланс между отслеживанием ссылок и отклонением возмущений в пользу одного или другого. Для PI-контроллера можно изменить этот баланс с помощью ползунка Переходное поведение (Transient Behavior). Переместите ползунок Поведение переходного процесса влево, чтобы улучшить отклонение возмущений. Ответы с первоначальным дизайном контроллера теперь отображаются как Block response (пунктирная линия).
Снижение коэффициента переходного поведения до 0,45 ускоряет отбраковку возмущений, но также увеличивает перерасход в отклике опорного отслеживания.
Совет
Щелкните правой кнопкой мыши график отслеживания ссылок и выберите Характеристики (Characteristics) > Пиковый отклик (Peak Response), чтобы получить численное значение превышения.
Переместите поведение Transient вправо до тех пор, пока не будет сведено к минимуму превышение в ответе отслеживания ссылок.
Увеличение коэффициента переходного поведения до 0,70 почти устраняет перерасход, но приводит к вялотекущему отклонению возмущения. Можно попытаться переместить ползунок «Переходное поведение» до тех пор, пока не будет найден подходящий баланс между отслеживанием ссылок и отклонением возмущений для приложения. Степень влияния ползунка на баланс зависит от модели завода. Для некоторых моделей растений эффект не так велик, как показано в этом примере.
До сих пор время срабатывания системы управления оставалось фиксированным при изменении коэффициента переходного режима. Эти операции эквивалентны фиксации полосы пропускания и изменению целевого минимального запаса фазы системы. Если требуется зафиксировать как полосу пропускания, так и целевой диапазон фаз, можно изменить баланс между отслеживанием ссылок и отклонением возмущений. Для настройки контроллера, способствующего отклонению возмущений или отслеживанию ссылок, необходимо изменить направление проектирования алгоритма настройки PID.
Изменение проектного фокуса PID-тюнера более эффективно, чем больше перестраиваемых параметров в системе управления. Поэтому он не оказывает большого влияния при использовании с ПИ-контроллером. Чтобы увидеть его эффект, измените тип контроллера на PID. В модели Simulink дважды щелкните блок контроллера PID. В диалоговом окне параметров блока в раскрывающемся меню «Контроллер» выберите PID.
Нажмите кнопку «Применить». Затем нажмите кнопку Настроить. Это действие обновляет PID-тюнер новой конструкцией контроллера, на этот раз для PID-контроллера. Щелкните на модели Simulink с этой начальной конструкцией ПИД-контроллера, чтобы можно было сравнить результаты при изменении фокуса конструкции.
Как и в случае PI, первоначальный проект PID балансирует отслеживание ссылок и отклонение возмущений. В этом случае контроллер также дает некоторое превышение в отклике опорного отслеживания и подавляет входное возмущение с более длительным временем установки.
Измените фокус конструкции PID Tuner в пользу отслеживания ссылок без изменения времени отклика или коэффициента переходного поведения. Для этого нажмите «Параметры
» и в меню «Фокус» выберите Reference tracking.
PID-тюнер автоматически перенастраивает коэффициенты контроллера с акцентом на производительность отслеживания ссылок.
Ответы со сбалансированным контроллером теперь отображаются как Block responseи контроллер, настроенный с помощью отслеживания фокуса, является Tuned response. Графики показывают, что результирующий контроллер отслеживает эталонный ввод со значительно меньшим превышением и более быстрым временем установки, чем сбалансированная конструкция контроллера. Однако конструкция приводит к гораздо худшему отказу от нарушения.
Наконец, измените фокус конструкции, чтобы поддержать отказ от нарушения. В
диалоговом окне «Параметры» в меню «Фокус» выберите Input disturbance rejection.
Эта конструкция контроллера приводит к улучшенному отклонению возмущений, но приводит к некоторым увеличенным превышениям в отклике эталонного отслеживания.
При использовании опции фокусировки конструкции можно настроить ползунок «Переходное поведение» для дальнейшей точной настройки баланса между этими двумя показателями производительности. Используйте фокус проектирования и ползунки вместе, чтобы достичь баланса производительности, который наилучшим образом соответствует вашим требованиям к дизайну. Влияние такой точной настройки на производительность системы в значительной степени зависит от свойств установки. Для некоторых растений перемещение ползунка «Переходное поведение» (Transient Behavior) или изменение параметра «Фокус» (Focus) практически не влияет.
Чтобы получить независимый контроль над отслеживанием ссылок и отклонением возмущений, можно использовать контроллер с двумя степенями свободы, PID Controller (2DOF), вместо одного контроллера со степенью свободы.