В этом примере показано, как добиться бесшумной передачи управления при переключении с ручного управления на ПИД. Мы используем блок ПИД-регулятор в Simulink ®, чтобы управлять процессом первого порядка с потерей времени.
Начнем с открытия модели.
Фигура 1: Simulink модель управления ПИД с бесшумной передачей.
Чтобы открыть эту модель, введите sldemo_bumpless в терминале MATLAB ®.
ПИД-регулятор был настроен с игнорированием насыщения с помощью ПИД-тюнера Simulink ® Control Design™.
Управляемый объект является процессом первого порядка с потерей времени, описанным в
По нескольким причинам работы инженеры решили начать процесс управления в разомкнутом цикле путем подачи входного сигнала установки с насыщающим сигналом наклона для медленного приведения выходного сигнала установки к желаемому установившемуся значению 40. Передача управления запланирована на t = 150. Поэтому этот переход между управлением без разомкнутого контура и управлением с обратной связью включает две фазы управления операции:
Руководство: Насыщенный сигнал наклона подает вход на объект во время запуска до t = 150.
Автоматически: ПИД-регулятор будет подключать объект при t = 150, и должен взять на себя процесс, не вводя удары на вход объекта.
Чтобы поддержать плавный переход управления, блок ПИД-регулятор поддерживает два режима работы: режим отслеживания и режим управления. В режиме управления ПИД-регулятора блок действует как обычный ПИД-регулятор. Однако в режиме отслеживания блок имеет дополнительный вход, который позволяет блоку PID регулировать свое внутреннее состояние путем изменения его выхода интегратора так, чтобы выход блока отслеживал предписанный сигнал, подающий этот дополнительный входной порт.
Чтобы добиться бесшумной передачи управления, блок ПИД-регулятор должен быть в режиме отслеживания, когда объект находится в фазе ручного управления (разомкнутый контур), и в режиме управления, когда объект находится в фазе автоматического управления (управление с обратной связью).
Чтобы активировать отслеживание сигнала, перейдите на вкладку Initialization в диалоговом окне блока; выберите Enable tracking mode и укажите коэффициент усиления Kt. Обратное усиление является временной константой цикла отслеживания. Для получения дополнительной информации о том, как выбрать этот коэффициент усиления, смотрите Ссылку [1].
Фигура 2: Включение tracking mode блока ПИД-регуляторов.
Как показано фигура, когда включен режим отслеживания, блок имеет второй входной порт, обозначенный TR. Внутренне этот новый порт подключен как показано под маской:
Фигура 3: Вид под маской блока ПИД-регулятора с режимом отслеживания.
В дополнение к включению режима отслеживания для блока ПИД-регулятор, для достижения передачи управления необходим механизм переключения. Коммутатор 1 определяет, какой сигнал подает вход объекта управления и подает порт отслеживания блока ПИД-регулятор.
В момент t = 0 Switch 1 направляет сигнал ручного управления на вход объекта и порт отслеживания блока ПИД-регулятор. Это позволяет выходу блока ПИД-регулятора отслеживать сигнал ручного управления во время фазы ручного управления путем настройки ПИД-регулятора внутреннего интегратора. Поэтому, когда происходит передача управления, выход ПИД-регулятора будет примерно таким же, как и сигнал ручного управления.
В момент t = 150 переключатель 1 переключается, направляя выход блока ПИД-регулятор на вход объекта и вход отслеживания блока ПИД-регулятор. Блок ПИД-регулятор теперь отслеживает свой собственный выход, который эквивалентен режиму управления.
Сигнал уставки и реакция с обратной связью модели показаны на фигуре 4.
Фигура 4: Уставка по сравнению с измеренным выходом.
На фиг.4 ясно показы, что измеренный выход отслеживает профиль Уставки без каких-либо выходных ударов во время переключения (t = 150). Для дальнейшего исследования, входов объекта управления, управляющие сигналы показаны на фигуре 5.
Фигура 5: Переключение сигнала управления.
Фигура 6: Вход объекта.
На фигуры и 6 показано, что в случае переключения вход объекта не претерпел никаких переходов (ударов), и поэтому передача управления происходит плавно без трения.
Чтобы увидеть значимость настройки бесшумного переноса, рассмотрите случай, когда режим отслеживания не используется. В этом случае получается следующая настройка:
Фигура 7: Simulink модель управления ПИД без бесшумной передачи.
Чтобы открыть эту модель, введите sldemo_bumplessno в терминале MATLAB.
На фигуры и 9 показаны эффективность при отсутствии соответствующей стратегии передачи бесшумного управления.
Фигура 8: Уставка по сравнению с измеренным выходом.
Фигура 9: Переключение сигнала управления.
Из фигуры и 9 видно, что разрешение ПИД-регулятору плавать, пока объект находится под ручным управлением, может привести к нежелательным большим переходным процессам при переключении.
Как показывает этот пример, блок ПИД-регулятор поддерживает бесшумную передачу управления посредством использования режима отслеживания.
К. Острём, Т. Хегглунд, Advanced PID Control, ISA, Research Triangle Park, NC, август 2005.
