Kini nga artikulo nagsugod sa usa ka serye sa mga artikulo nga gipahinungod sa automated nga mga pamaagi alang sa pag-tune sa PID controllers sa Simulink environment. Karon atong mahibal-an kung giunsa ang pagtrabaho sa aplikasyon sa PID Tuner.
Pasiuna
Ang labing inila nga tipo sa mga controller nga gigamit sa industriya sa closed-loop control system mahimong isipon nga PID controllers. Ug kung ang mga inhenyero nahinumdom sa istruktura ug prinsipyo sa operasyon sa controller gikan sa ilang mga adlaw sa estudyante, nan ang configuration niini, i.e. Ang pagkalkula sa mga coefficient sa controller usa gihapon ka problema. Adunay usa ka dako nga kantidad sa literatura, ang duha langyaw (pananglitan, [1, 2]) ug domestic (pananglitan, [3, 4]), diin ang pag-adjust sa mga regulator gipatin-aw sa medyo komplikado nga pinulongan sa automatic control theory.
Kini nga serye sa mga artikulo maghulagway sa mga automated nga paagi sa pag-tune sa PID controllers gamit ang Simulink tools sama sa:
- PID Tuner
- Response Optimizer
- Pagkontrol sa System Tuner,
- Frequency Response Based PID Tuner,
- Closed-Loop PID Autotuner.
Ang katuyoan sa sistema sa pagkontrol mao ang usa ka electric drive nga gibase sa usa ka DC motor nga nahinam sa mga permanenteng magnet, nga nagtrabaho kauban ang usa ka gearbox alang sa inertial load, nga adunay mga mosunud nga mga parameter:
- boltahe sa suplay sa motor, ;
- aktibo nga pagsukol sa motor armature winding, ;
- inductive reactance sa motor armature winding, ;
- coefficient sa torque sa makina, ;
- gutlo sa inertia sa motor rotor, .
Mga parameter sa load ug gearbox:
- moment of inertia sa load, ;
- ratio sa gear, .
Ang mga artikulo halos wala maglangkob sa mga pormula sa matematika, bisan pa, gitinguha nga ang magbabasa adunay sukaranan nga kahibalo sa teorya sa awtomatik nga pagkontrol, ingon man ang kasinatian sa pagmodelo sa palibot sa Simulink aron masabtan ang gisugyot nga materyal.
Modelo sa sistema
Atong tagdon ang usa ka linear control system alang sa angular velocity sa usa ka servo electric drive, usa ka gipasimple nga block diagram nga gipresentar sa ubos.
Pinauyon sa gihatag nga istruktura, usa ka modelo sa ingon nga sistema ang gitukod sa palibot sa Simulink.
Ang mga modelo sa electric drive (Electric actuator subsystem) ug inertial load (Load subsystem) gihimo gamit ang physical modeling library blocks :
- modelo sa electric drive,
- inertial load nga modelo.
Ang mga modelo sa electric drive ug load naglakip usab sa mga subsystem sa sensor sa lainlaing pisikal nga gidaghanon:
- kasamtangan nga nagaagay sa armature winding sa motor (subsystem A),
- boltahe sa winding niini (subsystem V),
- angular velocity sa control object (subsystem Ω).
Sa wala pa ibutang ang mga parameter sa PID controller, atong padaganon ang modelo alang sa kalkulasyon, pagdawat sa pagbalhin function sa controller . Ang mga resulta sa simulation alang sa usa ka input signal sa 150 rpm gipakita sa ubos.
Gikan sa pagtuki sa mga graph sa ibabaw klaro nga:
- Ang output coordinate sa control system dili makaabot sa gitakda nga bili, i.e. Adunay usa ka static nga sayup sa sistema.
- Ang boltahe sa mga windings sa motor moabot sa kantidad nga 150 V sa sinugdanan sa simulation, nga mosangpot sa kapakyasan niini tungod sa suplay sa usa ka boltahe nga mas dako pa kay sa nominal nga usa (24 V) sa mga windings niini.
Himoa nga ang tubag sa sistema sa usa ka impulse kinahanglan nga makab-ot ang mosunod nga mga kinahanglanon:
- overshoot (Overshoot) dili molapas sa 10%,
- Panahon sa pagsaka nga ubos sa 0.8 s,
- Transient nga panahon (Settling time) ubos sa 2 s.
Dugang pa, ang regulator kinahanglan nga limitahan ang boltahe nga gihatag sa motor winding sa kantidad sa boltahe sa suplay.
Pag-set up sa controller
Ang mga parameter sa controller gi-configure gamit ang himan , nga anaa direkta sa PID Controller block parameters window.
Ang aplikasyon gilunsad pinaagi sa pagpindot sa usa ka buton Tune…nahimutang sa panel Awtomatikong tuning. Angay nga matikdan nga sa wala pa ipahigayon ang yugto sa pag-set sa mga parameter sa controller, gikinahanglan nga pilion ang tipo niini (P, PI, PD, ug uban pa), ingon man ang tipo niini (analog o discrete).
Tungod kay ang usa sa mga kinahanglanon mao ang limitahan ang output coordinate niini (boltahe sa motor winding), ang gitugot nga range sa boltahe kinahanglan nga itakda. Alang niini:
- Adto sa tab Output Saturation.
- I-klik ang flag button Limitahi ang output, ingon usa ka sangputanan diin ang mga umahan alang sa pag-set sa taas (Upper limit) ug ubos (Ubos nga limitasyon) nga mga utlanan sa output value range gi-activate.
- Ibutang ang mga utlanan sa range.
Ang husto nga operasyon sa regulator unit isip bahin sa sistema naglakip sa paggamit sa mga pamaagi nga gitumong sa pagsukol sa integral saturation. Ang block nagpatuman sa duha ka pamaagi: back-calculation ug clamping. Ang detalyado nga kasayuran bahin niini nga mga pamaagi nahimutang . Ang drop-down menu sa pagpili sa pamaagi nahimutang sa panel Anti-windup.
Sa kini nga kaso, among isulat ang mga kantidad 24 ug -24 sa mga uma Taas nga utlanan и Mas ubos nga utlanan sumala niana, ug gamiton usab ang clamping method aron mawagtang ang integral saturation.
Mahimo nimong mamatikdan nga ang dagway sa regulator block nausab: usa ka saturation sign ang nagpakita sunod sa output port sa block.
Sunod, dawata ang tanan nga mga pagbag-o pinaagi sa pagpindot sa buton Ibutang ang, balik sa tab Main ug pindota ang buton Tune…, nga magbukas sa bag-ong bintana sa aplikasyon sa PIDTuner.
Sa graphical nga lugar sa bintana, duha ka lumalabay nga proseso ang gipakita: uban ang kasamtangan nga mga parameter sa controller, i.e. alang sa usa ka wala ma-configure nga controller, ug alang sa mga kantidad nga awtomatikong gipili. Ang bag-ong mga kantidad sa parameter mahimong makita pinaagi sa pag-klik sa buton Ipakita ang mga Parameternahimutang sa toolbar. Kung imong pug-on ang buton, duha ka mga lamesa ang makita: ang pinili nga mga parameter sa controller (Controller Parameters) ug ang mga pagtasa sa mga kinaiya sa lumalabay nga proseso nga adunay pinili nga mga parameter (Performance ug Robustness).
Sama sa makita gikan sa mga kantidad sa ikaduha nga lamesa, ang awtomatikong kalkulado nga mga koepisyent sa controller nakatagbaw sa tanan nga mga kinahanglanon.
Ang setting sa regulator makompleto pinaagi sa pagpindot sa buton nga adunay berdeng triyanggulo nga nahimutang sa tuo sa buton Ipakita ang mga Parameter, pagkahuman ang bag-ong mga kantidad sa parameter awtomatiko nga mabag-o sa katugbang nga mga natad sa window sa setting sa parameter block sa PID Controller.
Ang mga resulta sa pagsundog sa usa ka sistema nga adunay usa ka tuned controller alang sa daghang mga input signal gipakita sa ubos. Sa taas nga lebel sa signal sa input (asul nga linya), ang sistema molihok sa mode nga saturation sa boltahe.
Timan-i nga ang tool sa PID Tuner nagpili sa mga controller coefficients base sa usa ka linearized nga modelo, mao nga kung mobalhin sa usa ka nonlinear nga modelo, gikinahanglan nga ipatin-aw ang mga parameter niini. Sa kini nga kaso, mahimo nimong gamiton ang aplikasyon .
Literatura
- Handbook sa PI ug PID Controller Tuning Rules. Aidan O'Dwyer
- PID Control System Design ug Automatic Tuning gamit ang MATLAB, Simulink. Wang L.
- Pagkontrol sa PID sa dili istrikto nga porma. Karpov V.E.
- Mga tigkontrol sa PID. Mga isyu sa pagpatuman. Bahin 1, 2. Denisenko V.
Source: www.habr.com