Настройка ПИД-регуляторов для отслеживания или Подавления помех ссылок ( PID Tuner)
Этот пример показов, как настроить ПИД-регулятор, чтобы уменьшить перерегулирование в отслеживании уставки или улучшить отклонение нарушения порядка на входе объекта. Используя приложение PID Tuner, пример иллюстрирует компромисс между отслеживанием уставки и эффективностью подавления помех в системах ПИ и ПИД.
В этом примере объект представляется как модель LTI. Для получения информации об использовании PID Tuner для настройки блока PID Controller в Simulink® модель, см. «Настройка ПИД-регулятора для отслеживания уставки» или «Подавление помех» (Simulink Control Design).
Рассмотрите систему управления, представленную на следующем рисунке.
Объект в этом примере является:
Отслеживание уставки - это реакция на y на сигналы при r. Подавление помех является мерой подавления при y сигналов при d. Когда вы используете PID Tuner для настройки контроллера, можно настроить проект, чтобы благоприятствовать отслеживанию ссылок или подавления помех, как того требует ваше приложение.
Проект начальные ПИ-контроллеры
Наличие первоначального проекта контроллера предоставляет базовую линию, с которой можно сравнить результаты при настройке ПИ-контроллера. Создайте начальный проект ПИ-контроллера для объекта с помощью команды ПИД tuning pidtune.
G = tf(0.3,[1,0.1,0]); % plant model C = pidtune(G,'PI');
Используйте первоначальный проект контроллера, чтобы открыть PID Tuner.
pidTuner(G,C)
Добавьте переходного процесса из входа подавления помех. Выберите Add Plot > Input Disturbance Rejection.
PID Tuner мозаику график подавления помех один за другим с графиком отслеживания уставки.
Совет
Используйте опции на вкладке View, чтобы изменить способ отображения PID Tuner нескольких графиков.
По умолчанию для заданных полосы пропускания и запаса по фазе PID Tuner настраивает контроллер, чтобы достичь баланса между отслеживанием уставки и подавлением помех. В этом случае контроллер приводит к некоторому перерегулированию в отклике отслеживания уставки. Контроллер также подавляет вход нарушения порядка с большего времени урегулирования, чем отслеживание уставки, после начального пика.
Корректировка переходного поведения
В зависимости от вашего приложения, вы, возможно, захотите изменить баланс между отслеживанием уставки и отказом от подавления помех в пользу того или иного. Для ПИ-контроллера можно изменить этот баланс с помощью Transient Behavior ползунка. Переместите ползунок налево, чтобы улучшить подавление помех. Отклики с первоначальным проектом контроллера теперь отображаются как Baseline response (пунктирная линия).
Понижение коэффициента переходного поведения до 0,45 ускоряет подавление помех, но также увеличивает перерегулирование в отклике отслеживания уставки.
Совет
Щелкните правой кнопкой мыши график отслеживания уставки и выберите Characteristics > Peak Response, чтобы получить числовое значение для перерегулирования.
Перемещайте Transient behavior ползунок вправо, пока перерегулирование в отклике отслеживания уставки не будет сведено к минимуму.
Увеличение коэффициента переходного поведения до 0,70 почти устраняет перерегулирование, но приводит к крайне медленному подавлению помех. Можно попробовать переместить Transient behavior ползунок, пока не найдете баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех, который подходит для вашего приложения. Эффект, который изменение ползунка оказывает на баланс, зависит от модели объекта управления. Для некоторых моделей моделей объекта управления не так велик, как показано в этом примере.
Изменение ПИД синтаксиса Особого внимания
До сих пор время отклика системы управления оставалось фиксированным, в то время как вы изменили коэффициент переходного поведения. Эти операции эквивалентны фиксированию полосы пропускания и изменению целевого минимального запаса по фазе системы. Если вы хотите исправить и полосу пропускания, и целевой запас по фазе, вы все еще можете изменить баланс между отслеживанием уставки и подавлением помех. Чтобы настроить контроллер, который предпочитает подавление помех или эталонное отслеживание, вы изменяете design focus алгоритма настройки ПИДа.
Изменение особого внимания проекта PID Tuner более эффективно, чем больше настраиваемых параметров в системе управления. Поэтому он не имеет большого эффекта при использовании с ПИ-контроллером. Чтобы увидеть его эффект, измените тип контроллера на PIDF. В Type меню выберите PIDF.
PID Tuner автоматически проектирует контроллер нового типа, PIDF. Переместите Transient Behavior ползунок, чтобы установить коэффициент назад равным 0,6.
Сохраните этот новый проект как проект базовой линии, щелкнув стрелу Export
и выбрав Save as Baseline.
Проект PIDF заменяет исходный ПИ-проект в качестве базового графика.
Как и в случае PI, начальный проект PIDF балансирует отслеживанием уставки и подавлением помех. Также как и в случае PI, контроллер приводит к некоторому перерегулированию в отклике отслеживания уставки и подавляет вход нарушения порядка с подобного времени урегулирования.
Измените особое внимание проекта PID Tuner, чтобы благоприятствовать отслеживанию уставки, не меняя время отклика или коэффициент переходного поведения. Для этого
нажмите Options, а в меню Focus выберите Reference tracking.
PID Tuner автоматически восстанавливает коэффициенты контроллера с особым вниманием на эффективности отслеживания уставки.
Контроллер PIDF, настроенный с особым вниманием отслеживания уставки, отображается следующим Tuned response (сплошная линия). Графики показывают, что полученный контроллер отслеживает ссылку вход со значительно меньшим перерегулированием и более быстрым временем урегулирования, чем сбалансированное проектирование контроллера. Однако проект даёт гораздо более плохое подавление помех.
Измените особое внимание проекта, чтобы способствовать подавлению помех. В
Options окне, в меню Focus, выберите Input disturbance rejection.
Это проектирование контроллера приводит к улучшенному подавлению помех, но приводит к некоторому увеличению перерегулирования в отклике отслеживания уставки.
Когда вы используете опцию особого внимания проекта, можно все еще настроить Transient Behavior ползунок для дальнейшей подстройки баланса между двумя показателями эффективности. Используйте особое внимание проекта и ползунки вместе, чтобы достичь баланса эффективности, который наилучшим образом соответствует вашим проектным требованиям. Эффект этой тонкой настройки на производительность системы сильно зависит от свойств вашего объекта. Для некоторых объектов перемещение Transient Behavior ползунка или изменение опции Focus имеет небольшой эффект или нет.