Hierdie artikel begin 'n reeks artikels gewy aan outomatiese metodes om PID-beheerders in die Simulink-omgewing in te stel. Vandag sal ons uitvind hoe om met die PID-ontvanger-toepassing te werk.
Inleiding
Die gewildste tipe beheerders wat in die industrie in geslotelusbeheerstelsels gebruik word, kan as PID-beheerders beskou word. En as ingenieurs die struktuur en beginsel van werking van die beheerder van hul studentedae onthou, dan is die konfigurasie daarvan, d.w.s. die berekening van beheerderkoëffisiënte is steeds 'n probleem. Daar is 'n groot hoeveelheid literatuur, beide buitelandse (byvoorbeeld, [1, 2]) en binnelandse (byvoorbeeld, [3, 4]), waar die aanpassing van reguleerders in die taamlik ingewikkelde taal van outomatiese beheerteorie verduidelik word.
Hierdie reeks artikels sal outomatiese maniere beskryf om PID-beheerders in te stel met behulp van Simulink-nutsgoed soos:
- PID-ontvanger
- Reaksie Optimizer
- Beheerstelsel-ontvanger,
- Frekwensie-reaksie-gebaseerde PID-ontvanger,
- Geslote PID-outo-ontvanger.
Die doel van die beheerstelsel sal 'n elektriese aandrywing wees wat gebaseer is op 'n GS-motor wat deur permanente magnete aangewakker word, wat saamwerk met 'n ratkas vir traagheidslas, met die volgende parameters:
- motor toevoer spanning, ;
- aktiewe weerstand van die motorkarmatuurwikkeling, ;
- induktiewe reaktansie van die motor-ankerwikkeling, ;
- enjin wringkrag koëffisiënt, ;
- traagheidsmoment van die motorrotor, .
Las en ratkas parameters:
- traagheidsmoment van die las, ;
- rat verhouding, .
Die artikels bevat feitlik nie wiskundige formules nie, maar dit is wenslik dat die leser basiese kennis in die teorie van outomatiese beheer het, asook ervaring in modellering in die Simulink-omgewing om die voorgestelde materiaal te verstaan.
Stelsel model
Kom ons kyk na 'n lineêre beheerstelsel vir die hoeksnelheid van 'n servo-elektriese aandrywing, waarvan 'n vereenvoudigde blokdiagram hieronder aangebied word.
In ooreenstemming met die gegewe struktuur is 'n model van so 'n stelsel in die Simulink-omgewing gebou.
Modelle van die elektriese aandrywing (Elektriese aktuator substelsel) en traagheidslas (Las substelsel) is geskep deur gebruik te maak van fisiese modellering biblioteekblokke :
- elektriese dryfmodel,
- traagheidsladingsmodel.
Elektriese aandrywing en vragmodelle sluit ook sensorsubstelsels van verskillende fisiese hoeveelhede in:
- stroom wat in die ankerwikkeling van die motor vloei (substelsel A),
- spanning op sy wikkeling (substelsel V),
- hoeksnelheid van die beheervoorwerp (substelsel Ω).
Voordat ons die parameters van die PID-beheerder instel, laat ons die model vir berekening gebruik, en aanvaar die oordragfunksie van die beheerder . Die simulasieresultate vir 'n insetsein van 150 rpm word hieronder getoon.
Uit die ontleding van bogenoemde grafieke is dit duidelik dat:
- Die uitsetkoördinaat van die beheerstelsel bereik nie die gespesifiseerde waarde nie, m.a.w. Daar is 'n statiese fout in die stelsel.
- Die spanning op die motorwikkelings bereik 'n waarde van 150 V aan die begin van die simulasie, wat sal lei tot die mislukking daarvan as gevolg van die toevoer van 'n spanning groter as die nominale een (24 V) aan sy windings.
Laat die stelsel se reaksie op 'n enkele impuls aan die volgende vereistes voldoen:
- oorskiet (oorskiet) nie meer as 10% nie,
- Stygtyd minder as 0.8 s,
- Verbygaande tyd (Besintyd) minder as 2 s.
Daarbenewens moet die reguleerder die spanning wat aan die motorwikkeling verskaf word beperk tot die waarde van die toevoerspanning.
Die opstel van die kontroleerder
Die beheerder parameters word gekonfigureer met behulp van die instrument , wat direk beskikbaar is in die PID Controller blok parameters venster.
Die toepassing word geloods deur 'n knoppie te druk Stem…op die paneel geleë Outomatiese tuning. Dit is opmerklik dat dit nodig is om die tipe (P, PI, PD, ens.), sowel as die tipe (analoog of diskreet) te kies voordat die fase van die instelling van die kontroleerderparameters uitgevoer word.
Aangesien een van die vereistes is om sy uitsetkoördinaat (spanning op die motorwikkeling) te beperk, moet die toelaatbare spanningsreeks gespesifiseer word. Vir dit:
- Gaan na oortjie Uitsetversadiging.
- Klik op die vlagknoppie Beperk uitset, as gevolg waarvan die velde vir die stel van die boonste (Boonste limiet) en onderste (Onderste limiet) grense van die uitsetwaardereeks geaktiveer word.
- Stel die reeksgrense.
Korrekte werking van die reguleerdereenheid as deel van die stelsel behels die gebruik van metodes wat daarop gemik is om integrale versadiging te bekamp. Die blok implementeer twee metodes: terugberekening en klem. Gedetailleerde inligting oor hierdie metodes is geleë . Die keuselys vir metodekeuse is op die paneel geleë Anti-windup.
In hierdie geval sal ons die waardes 24 en -24 in die velde skryf Boonste perk и Laer limiet dienooreenkomstig, en gebruik ook die klemmetode om integrale versadiging uit te skakel.
Jy mag dalk sien dat die voorkoms van die reguleerderblok verander het: 'n versadigingsteken het langs die uitsetpoort van die blok verskyn.
Aanvaar dan alle veranderinge deur die knoppie te druk Pas, keer terug na die oortjie Main en нажимаем кнопку Stem…, wat 'n nuwe PIDTuner-toepassingsvenster sal oopmaak.
In die grafiese area van die venster word twee verbygaande prosesse vertoon: met die huidige parameters van die kontroleerder, d.w.s. vir 'n ongekonfigureerde kontroleerder, en vir waardes wat outomaties gekies word. Nuwe parameterwaardes kan bekyk word deur op die knoppie te klik Wys parametersgeleë op die nutsbalk. Wanneer jy die knoppie druk, sal twee tabelle verskyn: die geselekteerde parameters van die kontroleerder (Beheerder Parameters) en die assesserings van die eienskappe van die verbygaande proses met die geselekteerde parameters (Prestasie en Robuustheid).
Soos gesien kan word uit die waardes van die tweede tabel, voldoen die outomaties berekende kontroleerderkoëffisiënte aan al die vereistes.
Die reguleerderinstelling word voltooi deur die knoppie met 'n groen driehoek regs van die knoppie te druk Wys parameters, waarna die nuwe parameterwaardes outomaties in die ooreenstemmende velde in die PID-kontroleerder-blokparameterinstellingsvenster sal verander.
Die resultate van die simulering van 'n stelsel met 'n ingestelde beheerder vir verskeie insetseine word hieronder getoon. By hoë insetseinvlakke (blou lyn) sal die stelsel in spanningversadigingsmodus werk.
Let daarop dat die PID-ontvanger-instrument die kontroleerderkoëffisiënte kies op grond van 'n gelineariseerde model, dus wanneer na 'n nie-lineêre model beweeg word, is dit nodig om die parameters daarvan te verduidelik. In hierdie geval kan u die toepassing gebruik .
Letterkunde
- Handboek van PI- en PID-kontroleerder-instellingsreëls. Aidan O'Dwyer
- PID-beheerstelselontwerp en outomatiese instel met MATLAB, Simulink. Wang L.
- PID-beheer in 'n nie-streng vorm. Karpov V.E.
- PID-beheerders. Implementeringskwessies. Dele 1, 2. Denisenko V.
Bron: will.com