تبدأ هذه المقالة سلسلة من المقالات المخصصة للطرق الآلية لضبط وحدات تحكم PID في بيئة Simulink. سنكتشف اليوم كيفية العمل مع تطبيق PID Tuner.
مقدمة
يمكن اعتبار النوع الأكثر شيوعًا من وحدات التحكم المستخدمة في الصناعة في أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة وحدات تحكم PID. وإذا كان المهندسون يتذكرون هيكل ومبدأ تشغيل وحدة التحكم منذ أيام دراستهم، فإن تكوينها، أي. لا يزال حساب معاملات التحكم يمثل مشكلة. هناك قدر كبير من الأدبيات، الأجنبية (على سبيل المثال، [1، 2]) والمحلية (على سبيل المثال، [3، 4])، حيث يتم شرح تعديل الهيئات التنظيمية بلغة معقدة إلى حد ما لنظرية التحكم الآلي.
ستصف هذه السلسلة من المقالات طرقًا آلية لضبط وحدات تحكم PID باستخدام أدوات Simulink مثل:
- موالف PID
- محسن الاستجابة
- موالف نظام التحكم,
- موالف PID يعتمد على الاستجابة للتردد،
- حلقة مغلقة PID Autotuner.
سيكون الهدف من نظام التحكم عبارة عن محرك كهربائي يعتمد على محرك يعمل بالتيار المستمر ومثار بواسطة مغناطيس دائم، ويعمل مع علبة تروس للحمل بالقصور الذاتي، مع المعلمات التالية:
- جهد إمداد المحرك, ;
- المقاومة النشطة للملف المحرك المحرك، ;
- مفاعلة حثي للملف المحرك المحرك، ;
- معامل عزم المحرك, ;
- لحظة القصور الذاتي للمحرك الدوار ، .
معلمات التحميل وعلبة التروس:
- لحظة القصور الذاتي للحمل، ;
- نسبة والعتاد، .
لا تحتوي المقالات عمليا على صيغ رياضية، ومع ذلك، فمن المستحسن أن يكون لدى القارئ معرفة أساسية بنظرية التحكم الآلي، فضلا عن خبرة في النمذجة في بيئة Simulink لفهم المادة المقترحة.
نموذج النظام
دعونا نفكر في نظام تحكم خطي للسرعة الزاوية لمحرك كهربائي مؤازر، ويرد أدناه مخطط تخطيطي مبسط له.
وفقا للهيكل المحدد، تم بناء نموذج لمثل هذا النظام في بيئة Simulink.
تم إنشاء نماذج المحرك الكهربائي (النظام الفرعي للمشغل الكهربائي) والحمل بالقصور الذاتي (نظام التحميل الفرعي) باستخدام كتل مكتبة النمذجة المادية :
- نموذج محرك كهربائي,
- نموذج الحمل بالقصور الذاتي.
تشتمل نماذج القيادة والحمل الكهربائي أيضًا على أنظمة فرعية للاستشعار بكميات فيزيائية مختلفة:
- التيار المتدفق في لف المحرك للمحرك (النظام الفرعي أ) ،
- الجهد على لفه (النظام الفرعي V) ،
- السرعة الزاوية لكائن التحكم (النظام الفرعي Ω).
قبل تعيين معلمات وحدة التحكم PID، فلنقم بتشغيل النموذج للحساب، مع قبول وظيفة النقل لوحدة التحكم . تظهر أدناه نتائج المحاكاة لإشارة دخل تبلغ 150 دورة في الدقيقة.
ومن تحليل الرسوم البيانية أعلاه يتضح ما يلي:
- إحداثيات الإخراج لنظام التحكم لا تصل إلى القيمة المحددة، أي. هناك خطأ ثابت في النظام.
- يصل الجهد الكهربائي على ملفات المحرك إلى قيمة 150 فولت في بداية المحاكاة، مما سيؤدي إلى فشله بسبب إمداد ملفاته بجهد أكبر من الجهد الاسمي (24 فولت).
ولتكن استجابة النظام لنبضة واحدة يجب أن تستوفي المتطلبات التالية:
- التجاوز (التجاوز) لا يزيد عن 10%،
- وقت الارتفاع أقل من 0.8 ثانية،
- الوقت العابر (وقت الاستقرار) أقل من 2 ثانية.
بالإضافة إلى ذلك، يجب على المنظم أن يحد من الجهد الكهربي المتوفر لملف المحرك إلى قيمة جهد الإمداد.
إعداد وحدة التحكم
يتم تكوين معلمات وحدة التحكم باستخدام الأداة ، والذي يتوفر مباشرة في نافذة معلمات كتلة وحدة تحكم PID.
يتم تشغيل التطبيق بالضغط على زر نغم…تقع على اللوحة الضبط الآلي. تجدر الإشارة إلى أنه قبل تنفيذ مرحلة ضبط معلمات وحدة التحكم، من الضروري تحديد نوعها (P، PI، PD، وما إلى ذلك)، وكذلك نوعها (تناظري أو منفصل).
نظرًا لأن أحد المتطلبات هو تحديد إحداثيات الخرج (الجهد على ملف المحرك)، فيجب تحديد نطاق الجهد المسموح به. لهذا:
- انتقل إلى علامة التبويب تشبع الإخراج.
- انقر على زر العلم الحد من الانتاجونتيجة لذلك يتم تنشيط الحقول الخاصة بتعيين الحدود العليا (الحد الأعلى) والحدود الدنيا (الحد الأدنى) لنطاق قيمة الإخراج.
- تعيين حدود النطاق.
يتضمن التشغيل الصحيح لوحدة التنظيم كجزء من النظام استخدام طرق تهدف إلى مكافحة التشبع المتكامل. تطبق الكتلة طريقتين: الحساب الخلفي والتثبيت. توجد معلومات مفصلة حول هذه الأساليب . توجد القائمة المنسدلة لاختيار الطريقة على اللوحة مكافحة الرياح.
في هذه الحالة سنكتب القيمتين 24 و -24 في الحقول الحد الأعلى и الحد الأدنى وفقا لذلك، وأيضا استخدام أسلوب لقط للقضاء على التشبع المتكامل.
قد تلاحظ أن مظهر كتلة المنظم قد تغير: ظهرت علامة التشبع بجوار منفذ إخراج الكتلة.
بعد ذلك، قم بقبول جميع التغييرات بالضغط على الزر التقديم، ارجع إلى علامة التبويب الرئيسية واضغط على الزر نغم…، والذي سيفتح نافذة تطبيق PIDTuner جديدة.
تعرض المنطقة الرسومية للنافذة عمليتين عابرتين: مع المعلمات الحالية لوحدة التحكم، أي. لوحدة التحكم غير المكونة، وللقيم المحددة تلقائيًا. يمكن عرض قيم المعلمات الجديدة بالنقر فوق الزر إظهار المعلماتالموجود على شريط الأدوات. عند الضغط على الزر، سيظهر جدولان: المعلمات المحددة لوحدة التحكم (معلمات وحدة التحكم) وتقييمات خصائص العملية العابرة مع المعلمات المحددة (الأداء والمتانة).
وكما يتبين من قيم الجدول الثاني فإن معاملات التحكم المحسوبة تلقائيا تلبي كافة المتطلبات.
يكتمل إعداد المنظم بالضغط على الزر ذو المثلث الأخضر الموجود على يمين الزر إظهار المعلمات، وبعد ذلك ستتغير قيم المعلمات الجديدة تلقائيًا في الحقول المقابلة في نافذة إعدادات معلمات كتلة وحدة تحكم PID.
تظهر أدناه نتائج محاكاة نظام مزود بوحدة تحكم مضبوطة لعدة إشارات دخل. عند مستويات إشارة الدخل العالية (الخط الأزرق)، سيعمل النظام في وضع تشبع الجهد.
لاحظ أن أداة PID Tuner تحدد معاملات التحكم بناءً على نموذج خطي، لذلك عند الانتقال إلى نموذج غير خطي، من الضروري توضيح معلماته. في هذه الحالة، يمكنك استخدام التطبيق .
أدب
- دليل قواعد ضبط وحدة التحكم PI وPID. ايدان اودواير
- تصميم نظام التحكم PID والضبط التلقائي باستخدام MATLAB، Simulink. وانغ ل.
- التحكم PID في شكل غير صارم. كاربوف ف.
- وحدات تحكم PID. قضايا التنفيذ. الأجزاء 1، 2. دينيسينكو ف.
المصدر: www.habr.com