Можно использовать PID Tuner для интерактивной настройки коэффициентов ПИД в Simulink® модель, содержащая PID Controller, Discrete PID Controller, PID Controller (2DOF) или Discrete PID Controller (2DOF) блок. PID Tuner позволяет вам достичь хорошего баланса между эффективностью и робастностью либо для одной степени свободы, либо для ПИД-регуляторов с двумя степенями свободы. Когда вы используете PID Tuner, это:
Автоматически вычисляет линейную модель объекта в модели. PID Tuner рассматривает объект как комбинацию всех блоков между выходом ПИД-регулятора и входом. Таким образом, объект включает все блоки в цикле управления, кроме самого контроллера. Смотрите, какое растение PID Tuner видите?
Автоматически вычисляет начальный проект ПИД с балансом между эффективностью и робастностью. PID Tuner основывает начальный проект на разомкнутом контуре частотной характеристики линеаризированного объекта. См. Алгоритм настройки ПИДа.
Предоставляет инструменты и графики отклика, которые помогут вам в интерактивном режиме уточнить эффективность ПИД-регулятора в соответствии с вашими проектными требованиями. См. «Открытый PID Tuner».
Для объектов, которые не линеаризируются или линеаризируются до нуля, существует несколько альтернатив для получения модели объекта управления для настройки. Эти альтернативы включают:
Проект ПИД-регулятора из данных частотной характеристики объекта - использование команды оценки частотной характеристики frestimate или Основанный на Частотной Характеристики PID Tuner чтобы получить оцененные частотные характеристики объекта по симуляции.
Интерактивная оценка объекта из измеренных или Симулированный отклик данных - если у вас есть System Identification Toolbox™, можно использовать PID Tuner, чтобы оценить параметры линейной модели объекта управления на основе данных отклика временной области. PID Tuner затем настраивает ПИД-регулятор для полученной предполагаемой модели. Данные отклика могут быть либо измерены из вашей реальной системы, либо получены путем симуляции вашей модели Simulink ® .
Можно использовать PID Tuner для разработки одной степени свободы или ПИД-регуляторов с двумя степенями свободы. Часто можно достичь как хорошего отслеживания уставки, так и хорошего подавления помех с помощью ПИД-регулятора с одной степенью свободы. Однако, в зависимости от динамики в модели, использование ПИД-регулятора с одной степенью свободы может потребовать компромисса между отслеживанием уставки и подавления помех. В таких случаях, если вам нужно как хорошее отслеживание уставок, так и хорошее подавление помех, используйте ПИД-регулятор с двумя степенями свободы.
Для примеров настройки одно- и двухградусных компенсаторов ПИД свободы смотрите:
PID Tuner рассматривает как объект все блоки в цикле между выходом блока PID Controller и входом. Блоки на вашем объекте могут включать нелинейности. Поскольку автоматическая настройка требует линейной модели, PID Tuner вычисляет линейное приближение объекта в вашей модели. Этот linearized model является приближением к нелинейной системе, которая действительна в небольшой области вокруг данного operating point системы.
По умолчанию PID Tuner линеаризирует объект с помощью начальных условий, заданных в модели Simulink в качестве рабочей точки. Линеаризированный объект может иметь любой порядок и может включать в себя любые задержки. Этот PID tuner проектирует контроллер для линеаризированного объекта.
Однако в некоторых обстоятельствах необходимо спроектировать ПИД-регулятор для другой рабочей точки, отличной от той, которая определяется начальными условиями модели. Для примера:
Модель Simulink еще не достигла установившегося состояния в рабочей точке, заданной начальными условиями модели, и вы хотите спроектировать контроллер для установившейся операции.
Вы проектируете несколько контроллеров для приложения табличного управления и должны проектировать каждый контроллер для другой рабочей точки.
В таких случаях измените рабочую точку, используемую PID Tuner. См. «Открытие PID Tuner».
Для получения дополнительной информации о линеаризации см. Раздел «Линеаризация нелинейных моделей».
Типичные цели настройки ПИД включают:
Стабильность в системе с обратной связью - выход системы с обратной связью остается ограниченным для ограниченного входа.
Адекватная эффективность - система с обратной связью отслеживает эталонные изменения и подавляет нарушения порядка как можно быстрее. Чем больше шумовая полоса (частота единицы разомкнутого контура усиления), тем быстрее контроллер реагирует на изменения в ссылке или нарушениях порядка в цикле.
Адекватная робастность - проект цикла имеет достаточный запас по амплитуде и запас по фазе, чтобы позволить моделировать ошибки или изменения в динамике системы.
MathWorks® алгоритм настройки ПИД-регуляторов достигает этих целей путем настройки коэффициентов ПИД, чтобы достичь хорошего баланса между эффективностью и робастностью. По умолчанию алгоритм выбирает перекрестную частоту (шумовую полосу), основанную на динамике объекта, и проектирует целевой запас по фазе 60 °. Когда вы в интерактивном режиме изменяете время отклика, полосу пропускания, переходный процесс или запас по фазе с помощью интерфейса PID Tuner, алгоритм вычисляет новые коэффициенты ПИД .
Для заданной робастности (минимальный запас по фазе) алгоритм настройки выбирает проектирование контроллера, которая балансирует две меры эффективности, отслеживания уставки и подавления помех. Вы можете изменить особое внимание проекта в пользу одного из этих показателей эффективности. Для этого используйте диалоговое окно Options в PID Tuner.
Когда вы изменяете особое внимание проекта, алгоритм пытается настроить усиления так, чтобы они благоприятствовали отслеживанию уставки или подавлению помех, при достижении того же минимального запаса по фазе. Чем больше настраиваемых параметров в системе, тем больше вероятность того, что алгоритм ПИД может достичь желаемого проектного особого внимания, не жертвуя робастностью. Для примера установка особого внимания проекта с большей вероятностью будет эффективной для ПИД-регуляторов, чем для P или ПИ-контроллеров. Во всех случаях подстройка эффективности системы сильно зависит от свойств вашего объекта. Для некоторых объектов изменение особого внимания проекта имеет мало эффекта или его нет.