Настройте ПИД-регулятор в режиме реального времени Используя блок автотюнера ПИДа с обратной связью
В этом примере показано, как использовать блок Closed-Loop PID Autotuner, чтобы настроить ПИД-регулятор для объекта конвертера повышения и во времени симуляции и в реальное время.
Блок автотюнера ПИДа с обратной связью
Блок Closed-Loop PID Autotuner позволяет вам настраивать одноконтурный ПИД-регулятор и во времени симуляции и в реальное время. Блок вводит синусоидальные сигналы возмущения во входе объекта и измеряет объект выход во время эксперимента с обратной связью. Когда эксперимент останавливается, блок вычисляет коэффициенты ПИД на основе частотных характеристик объекта, оцененных около желаемой полосы пропускания.
Блок Closed-Loop PID Autotuner поддерживает два типичных настраивающих сценария ПИДа в режиме реального времени приложения.
Разверните блок на оборудовании и используйте его в автономном приложении реального времени без присутствия Simulink®.
Разверните блок на оборудовании, но контролируйте и справьтесь с настраивающим процессом в реальном времени в Simulink, с помощью внешнего режима симуляции. Режим external mode позволяет связь между Диаграммой Simulink, работающей на хосте - компьютере и сгенерированным кодом, работающим на оборудовании.
Этот пример фокусируется на первом сценарии, развертывая блок, чтобы выполнить настройку в реальном времени.
Программное обеспечение Simulink Control Design™ также обеспечивает блок Open-Loop PID Autotuner для настройки ПИДа в реальном времени. Основное различие между двумя блоками автотюнера - то, что групповые переносы Автотюнера ПИДа Разомкнутого контура эксперимент с открытой обратной связью (то есть, существующий контроллер не находится в действии). Чтобы решить, какой блок автотюнера является лучшим для вашего приложения, рассмотрите следующие моменты:
Если у вас нет начального контроллера, используйте блок Open-Loop PID Autotuner, чтобы получить тот. Можно продолжить использовать его, чтобы повторно настроить контроллер или заменить его на блок Closed-Loop PID Autotuner.
Если у вас есть начальный контроллер, используйте блок Closed-Loop PID Autotuner для перенастройки. Главные преимущества: (1) то, если существует неожиданное воздействие во время эксперимента, оно отклоняется существующим контроллером, чтобы гарантировать безопасную работу; (2) существующим контроллером, поддерживает объект в рабочем состоянии около его номинальной рабочей точки путем подавления сигналов возмущения также.
Режим напряжения управляемый конвертер повышения
В этом примере конвертер повышения режима напряжения моделируется в Simulink с помощью компонентов Simscape™ Electrical™. Параметры этих компонентов основаны [1].
mdl = 'scdboostconverterPIDTuningMod';
open_system(mdl)
Схема конвертера повышения преобразует напряжение постоянного тока в другого, обычно выше, напряжение постоянного тока управляемым прерыванием или переключением исходного напряжения. В этой модели MOSFET, управляемый сигналом модуляции длительности импульса (PWM), используется для переключения. Цифровой ПИД-регулятор настраивает рабочий цикл PWM, чтобы обеспечить напряжение загрузки
в его ссылке
.
В номинальной рабочей точке напряжение загрузки составляет 18 вольт, и рабочий цикл - приблизительно 0,74. Рабочий цикл может варьироваться от 0,1 до 0,85 во время работы конвертера повышения.
Существующий ПИД-регулятор имеет усиления P = 0.02, я = 160, D = 0.00005, и N = 20000. Эти усиления хранятся в Блоке памяти Хранилища данных и предоставленный внешне блоку PID Controller. Наличие внешних входных портов усиления позволяет вам изменять значения после того, как новые усиления будут вычислены блоком Closed-Loop PID Autotuner.
Соедините блок автотюнера с объектом и контроллером
Вставьте блок Closed-Loop PID Autotuner между блоком PID Controller и объектом, как показано в модели конвертера повышения. Запустить/остановить сигнал запускает и останавливает эксперимент с обратной связью. Когда никакой эксперимент не запускается, блок Closed-Loop PID Autotuner ведет себя как блок усиления единицы, где u предупредите о передачах непосредственно в u+Δu.
При использовании блока Closed-Loop PID Autotuner или в симуляции или в приложениях реального времени, рассмотрите следующие моменты.
Объект должен быть любой асимптотически устойчивым (все строго устойчивые полюса) или интеграция. Блок автотюнера не работает с нестабильным объектом.
Обратная связь с существующим контроллером должна быть устойчивой.
Чтобы оценить частотные характеристики объекта более точно в режиме реального времени, минимизируйте вхождение любого воздействия загрузки на объекте во время эксперимента. Блок автотюнера ожидает объект, о котором выход, чтобы быть ответом на введенное возмущение сигнализирует только, и воздействия загрузки искажают этот выход.
Поскольку обратная связь закрывается во время эксперимента, существующий контроллер подавляет введенные сигналы возмущения также. Преимущество использования эксперимента с обратной связью состоит в том, что контроллер поддерживает объект в рабочем состоянии около номинальной рабочей точки и обеспечивает безопасную работу. Недостаток - то, что это уменьшает точность оценки частотной характеристики, если ваша целевая полоса пропускания далеко от текущей полосы пропускания.
Сконфигурируйте блок автотюнера
После соответствующего соединения блока Closed-Loop PID Autotuner с моделью объекта управления и блока PID Controller, используйте параметры блоков, чтобы задать настройки настройки и эксперимента.
На вкладке Tuning существует две основных настраивающих настройки.
Целевая полоса пропускания: Определяет, как быстро вы хотите, чтобы контроллер ответил. В этом примере выберите
10000рад/секунда, который типичен для конвертера повышения.Целевой запас по фазе: Определяет, как устойчивый вы хотите, чтобы контроллер был. В этом примере выберите значение по умолчанию
60степени.
На вкладке Experiment существует три основных настройки эксперимента.
Тип объекта: Задает, устойчив ли объект асимптотически или объединяется. В этом примере объект конвертера повышения устойчив.
Знак объекта: Задает, имеет ли объект положительный или знак минус. Знак объекта положителен, если положительное изменение во входе объекта в номинальной рабочей точке приводит к положительному изменению на объекте выход, когда объект достигает нового устойчивого состояния. В противном случае знак объекта отрицателен. Если объект устойчив, знак объекта эквивалентен знаку своего усиления DC. Если объект объединяется, знак объекта положителен или отрицателен, если объект выход продолжает увеличиваться или уменьшаться, соответственно. В этом примере объект конвертера повышения имеет положительный знак объекта.
Амплитуды синуса: Задает амплитуды введенных синусоид. В этом примере выберите
0.03для всех пяти частот сигнала возмущения гарантировать объект правильно взволнован в пределе насыщения. Если амплитуда возбуждения является слишком большой, конвертер повышения действует в прерывисто-текущем режиме. Если входная амплитуда слишком мала, синусоидальные сигналы неотличимы от пульсаций в схемах силовой электроники. Обе ситуации приводят к неточным результатам оценки частотной характеристики.
Симулируйте блок автотюнера в режиме normal mode
Если вам создали модель объекта управления в Simulink, рекомендуется симулировать блок Closed-Loop PID Autotuner против модели объекта управления в режиме normal mode прежде, чем развернуть его для настройки в реальном времени. Симуляция помогает вам идентифицировать проблемы со связями сигнала и настройками блока так, чтобы можно было настроить их прежде, чем сгенерировать код.
Симуляция объекта конвертера повышения обычно занимает несколько минут из-за быстрого шага расчета генератора PWM. Vout объект выход и Duty Cycle вход объекта.
sim(mdl)
В этом примере это берет ПИД-регулятор о 0.04 секунды, чтобы принести конвертер повышения к номинальной рабочей точке 18 вольт. Начальный переходный процесс содержит сильные колебания, который указывает, что существующий контроллер должен быть повторно настроен.
В 0.04 секунды, процесс автоматической настройки запускается. Эксперимент длится 0.02 секунды, потому что номер секунд это берет для онлайновой оценки частотной характеристики, чтобы сходиться, являются приблизительно 200 разделенными на полосу пропускания.
Для различной номинальной рабочей точки может потребоваться более длительное время для конвертера повышения, чтобы достигнуть ссылочного напряжения. Необходимо изменить сигнал запуска/времени остановки, таким образом, что процесс автоматической настройки всегда начинает с номинальной рабочей точки.
Когда настройка ПИДа останавливается в 0.06 секунды, блок вычисляет новые усиления, P = 0.04, я = 100, D = 0.00006, и N = 30000. Новые усиления сразу записаны в память хранилища данных и отправлены во внешние входные порты усиления блока PID Controller, который перезаписывает исходные усиления.
Модель имеет воздействие линии (Вин от 5 В до 10 В) и загрузка текущее воздействие (Загрузка от 6 А до 3 А), которые происходят в 0,07 и 0,08 секунды, соответственно. Можно использовать эти воздействия, чтобы исследовать эффективность контроллера. Новый набор коэффициентов ПИД предоставляет улучшенному ответу с обратной связью намного меньше колебания.
Используйте блок автотюнера в автономном приложении
Чтобы настроить ПИД-регулятор против физического конвертера повышения в автономном приложении реального времени, необходимо сгенерировать код C/C++ от блока Closed-Loop PID Autotuner и развернуть его на оборудовании.
Можно изменить следующие настраиваемые параметры во время выполнения.
Тип ПИД-регулятора
Форма ПИД-регулятора
Интегратор ПИДа и методы фильтра (только дискретное время)
Целевая полоса пропускания
Целевой запас по фазе
Тип объекта
Знак объекта
Амплитуды синусоид
Шаг расчета блока Closed-Loop PID Autotuner не является настраиваемым параметром. Чтобы использовать блок автотюнера с различным шагом расчета, не перекомпилировав модель, установите параметр шага расчета Контроллера блока к -1 и помещенный блок автотюнера в триггируемой подсистеме. Выполнение так запускает автотюнер в шаге расчета триггируемой подсистемы.
close_system(mdl,0)
Ссылки
[1] Ли, S. W. "Практический анализ обратной связи для конвертера повышения режима напряжения". Отчет № SLVA633 приложения. Texas Instruments. Январь 2014. www.ti.com/lit/an/slva633/slva633.pdf