Bu məqalə Simulink mühitində PID nəzarətçiləri tənzimləmək üçün avtomatlaşdırılmış üsullara həsr olunmuş bir sıra məqalələrə başlayır. Bu gün biz PID Tuner tətbiqi ilə necə işləyəcəyimizi anlayacağıq.
Giriş
Sənayedə qapalı dövrəli idarəetmə sistemlərində istifadə olunan ən məşhur nəzarətçi növü PID nəzarətçiləri hesab edilə bilər. Mühəndislər tələbə günlərindən nəzarətçinin quruluşunu və iş prinsipini xatırlayırlarsa, onda onun konfiqurasiyası, yəni. nəzarətçi əmsallarının hesablanması hələ də problem olaraq qalır. Həm xarici (məsələn, [1, 2]), həm də yerli (məsələn, [3, 4]) çox sayda ədəbiyyat var, burada tənzimləyicilərin tənzimlənməsi avtomatik idarəetmə nəzəriyyəsinin olduqca mürəkkəb dilində izah olunur.
Bu məqalələr silsiləsi Simulink alətlərindən istifadə edərək PID nəzarətçiləri tənzimləmək üçün avtomatlaşdırılmış yolları təsvir edəcək, məsələn:
- PID Tuner
- Cavab Optimizeri
- Nəzarət Sistemi Tuner,
- Tezliyə cavab verən PID Tuner,
- Qapalı Döngü PID Autotuner.
İdarəetmə sisteminin obyekti aşağıdakı parametrlərə malik, inertial yük üçün sürət qutusu ilə birlikdə işləyən daimi maqnitlərlə həyəcanlanan DC mühərrikinə əsaslanan elektrik sürücüsü olacaqdır:
- motor təchizatı gərginliyi, ;
- motor armatur sarımının aktiv müqaviməti, ;
- motor armatur sarımının induktiv reaksiyası, ;
- mühərrik fırlanma anı əmsalı, ;
- motor rotorunun ətalət anı, .
Yük və sürət qutusu parametrləri:
- yükün ətalət anı, ;
- dişli nisbəti, .
Məqalələrdə praktiki olaraq heç bir riyazi düstur yoxdur, lakin oxucunun təklif olunan materialı başa düşmək üçün avtomatik idarəetmə nəzəriyyəsində əsas biliklərə, habelə Simulink mühitində modelləşdirmə təcrübəsinə malik olması arzu edilir.
Sistem modeli
Sadələşdirilmiş blok diaqramı aşağıda təqdim olunan servo elektrik sürücüsünün bucaq sürəti üçün xətti idarəetmə sistemini nəzərdən keçirək.
Verilmiş struktura uyğun olaraq Simulink mühitində belə bir sistemin modeli qurulmuşdur.
Fiziki modelləşdirmə kitabxana bloklarından istifadə etməklə elektrik sürücüsünün (Elektrik ötürücü alt sistemi) və inertial yükün (Yük alt sistemi) modelləri yaradılmışdır. :
- elektrik sürücüsü modeli,
- inertial yük modeli.
Elektrik ötürücü və yük modellərinə müxtəlif fiziki kəmiyyətlərin sensor alt sistemləri də daxildir:
- motorun armatur sarımında axan cərəyan (alt sistem A),
- onun sarımındakı gərginlik (V alt sistem),
- idarəetmə obyektinin bucaq sürəti (alt sistem Ω).
PID nəzarətçisinin parametrlərini təyin etməzdən əvvəl, nəzarətçinin ötürmə funksiyasını qəbul edərək hesablama üçün modeli işə salaq. . 150 rpm-lik giriş siqnalı üçün simulyasiya nəticələri aşağıda göstərilmişdir.
Yuxarıdakı qrafiklərin təhlilindən aydın olur ki:
- İdarəetmə sisteminin çıxış koordinatı göstərilən dəyərə çatmır, yəni. Sistemdə statik xəta var.
- Mühərrik sarımlarında olan gərginlik simulyasiyanın başlanğıcında 150 V dəyərinə çatır ki, bu da onun sarımlarına nominaldan (24 V) daha çox gərginliyin verilməsi səbəbindən onun uğursuzluğuna səbəb olacaq.
Sistemin tək bir impulsa reaksiyası aşağıdakı tələblərə cavab verməlidir:
- aşmaq (aşmaq) 10% -dən çox deyil,
- Qalxma müddəti 0.8 s-dən az,
- Keçid vaxtı (Yerləşdirmə vaxtı) 2 s-dən azdır.
Bundan əlavə, tənzimləyici mühərrikin sarımına verilən gərginliyi təchizatı gərginliyinin dəyəri ilə məhdudlaşdırmalıdır.
Nəzarətçinin qurulması
Nəzarətçinin parametrləri alətdən istifadə etməklə konfiqurasiya edilir , bu birbaşa PID Controller blok parametrləri pəncərəsində mövcuddur.
Tətbiq düyməni basmaqla işə salınır Dinlə...paneldə yerləşir Avtomatlaşdırılmış tuning. Qeyd etmək lazımdır ki, nəzarətçi parametrlərinin qurulması mərhələsini yerinə yetirməzdən əvvəl onun növünü (P, PI, PD və s.), O cümlədən növünü (analoq və ya diskret) seçmək lazımdır.
Tələblərdən biri onun çıxış koordinatını (mühərrik sarımındakı gərginlik) məhdudlaşdırmaq olduğundan, icazə verilən gərginlik diapazonu göstərilməlidir. Bunun üçün:
- Taba keçin Çıxış Doyması.
- Bayraq düyməsini basın Çıxışı məhdudlaşdırın, bunun nəticəsində çıxış dəyəri diapazonunun yuxarı (Yuxarı həddi) və aşağı (Aşağı həddi) sərhədlərini təyin etmək üçün sahələr aktivləşdirilir.
- Aralığın sərhədlərini təyin edin.
Sistemin bir hissəsi kimi tənzimləyici qurğunun düzgün işləməsi inteqral doyma ilə mübarizəyə yönəlmiş üsulların istifadəsini nəzərdə tutur. Blok iki metodu həyata keçirir: geri hesablama və sıxma. Bu üsullar haqqında ətraflı məlumat yerləşir . Metod seçimi açılan menyu paneldə yerləşir Külək əleyhinə.
Bu halda sahələrə 24 və -24 dəyərlərini yazacağıq Yuxarı hədd и Aşağı hədd müvafiq olaraq, həmçinin inteqral doymağı aradan qaldırmaq üçün sıxma üsulundan istifadə edin.
Tənzimləyici blokun görünüşünün dəyişdiyini görə bilərsiniz: blokun çıxış portunun yanında doyma işarəsi göründü.
Sonra, düyməni basaraq bütün dəyişiklikləri qəbul edin tətbiq etmək, nişana qayıdın Əsas i нажимаем кнопку Dinlə..., yeni PIDTuner tətbiq pəncərəsini açacaq.
Pəncərənin qrafik sahəsində iki keçici proses göstərilir: nəzarətçinin cari parametrləri ilə, yəni. konfiqurasiya edilməmiş nəzarətçi və avtomatik olaraq seçilən dəyərlər üçün. Yeni parametr dəyərlərinə düyməni basmaqla baxmaq olar Parametrləri göstərinalətlər panelində yerləşir. Düyməni basdığınız zaman iki cədvəl görünəcək: nəzarətçinin seçilmiş parametrləri (Controller Parameters) və seçilmiş parametrlərlə (Performans və Sağlamlıq) keçid prosesinin xüsusiyyətlərinin qiymətləndirilməsi.
İkinci cədvəlin dəyərlərindən göründüyü kimi, avtomatik hesablanmış nəzarətçi əmsalları bütün tələbləri ödəyir.
Tənzimləyicinin qəbulu düymənin sağında yerləşən yaşıl üçbucaqlı düyməni basmaqla tamamlanır Parametrləri göstərin, bundan sonra yeni parametr dəyərləri PID Controller blokunun parametr parametrləri pəncərəsindəki müvafiq sahələrdə avtomatik olaraq dəyişəcəkdir.
Bir neçə giriş siqnalı üçün tənzimlənmiş nəzarətçi ilə sistemin simulyasiyasının nəticələri aşağıda göstərilmişdir. Yüksək giriş siqnal səviyyələrində (mavi xətt) sistem gərginlik doyma rejimində işləyəcək.
Qeyd edək ki, PID Tuner aləti xəttiləşdirilmiş model əsasında nəzarətçi əmsallarını seçir, ona görə də qeyri-xətti modelə keçərkən onun parametrlərini dəqiqləşdirmək lazımdır. Bu vəziyyətdə tətbiqdən istifadə edə bilərsiniz .
Ədəbiyyat
- PI və PID Controller Tuning Qaydalarının Təlimatı. Aidan O'Dwyer
- MATLAB, Simulink istifadə edərək PID İdarəetmə Sisteminin Dizaynı və Avtomatik Sazlama. Vanq L.
- Qeyri-ciddi formada PID nəzarəti. Karpov V.E.
- PID nəzarətçiləri. İcra məsələləri. Hissələr 1, 2. Denisenko V.
Mənbə: www.habr.com