Ĉi tiu artikolo komencas serion de artikoloj dediĉitaj al aŭtomatigitaj metodoj por agordi PID-regilojn en la medio Simulink. Hodiaŭ ni ekscios kiel labori kun la aplikaĵo PID Tuner.
Enkonduko
La plej populara speco de regiloj uzitaj en industrio en fermitciklaj kontrolsistemoj povas esti konsideritaj PID-regiloj. Kaj se inĝenieroj memoras la strukturon kaj principon de funkciado de la regilo de siaj studentaj tagoj, tiam ĝia agordo, t.e. kalkulo de regilaj koeficientoj daŭre estas problemo. Estas grandega literaturo, kaj eksterlanda (ekzemple, [1, 2]) kaj enlanda (ekzemple, [3, 4]), kie la alĝustigo de reguligistoj estas klarigita en la sufiĉe komplika lingvo de aŭtomata kontrolteorio.
Ĉi tiu serio de artikoloj priskribos aŭtomatigitajn manierojn agordi PID-regilojn per Simulink-iloj kiel ekzemple:
- PID-Agordilo
- Respondo Optimigilo
- Agordilo de Kontrolsistemo,
- PID-Agordilo Bazita pri Frekvenca Respondo,
- Fermita Buklo PID Aŭtomatagordilo.
La celo de la kontrolsistemo estos elektra veturado bazita sur DC-motoro ekscitita de permanentaj magnetoj, funkcianta kune kun rapidumujo por inercia ŝarĝo, kun la sekvaj parametroj:
- motora tensio de provizado, ;
- aktiva rezisto de la motora armatura bobenaĵo, ;
- indukta reaktanco de la motorarmaturvolvaĵo, ;
- koeficiento de motoromomanto, ;
- momento de inercio de la motorrotoro, .
Parametroj de ŝarĝo kaj rapidumujo:
- momento de inercio de la ŝarĝo, ;
- proporcio de transmisio, .
La artikoloj praktike ne enhavas matematikajn formulojn, tamen estas dezirinde, ke la leganto havu bazajn scion en la teorio de aŭtomata kontrolo, kaj ankaŭ sperton pri modelado en la medio Simulink por kompreni la proponitan materialon.
Sistemmodelo
Ni konsideru linearan kontrolsistemon por la angula rapido de servo-elektra stirado, kies simpligita blokdiagramo estas prezentita sube.
Konforme al la donita strukturo, modelo de tia sistemo estis konstruita en la medio Simulink.
Modeloj de la elektra veturado (Elektra aktuarsubsistemo) kaj inercia ŝarĝo (Ŝarĝo-subsistemo) estis kreitaj uzante fizikajn modeligajn bibliotekblokojn. :
- modelo de elektra stirado,
- modelo de inercia ŝarĝo.
Elektra veturado kaj ŝarĝmodeloj ankaŭ inkludas sensilsubsistemojn de diversaj fizikaj kvantoj:
- kurento fluanta en la armaturvolvaĵo de la motoro (subsistemo A),
- tensio sur ĝia volvaĵo (subsistemo V),
- angula rapido de la kontrolobjekto (subsistemo Ω).
Antaŭ ol agordi la parametrojn de la PID-regilo, ni rulu la modelon por kalkulo, akceptante la transigan funkcion de la regilo. . La simulaj rezultoj por eniga signalo de 150 rpm estas montritaj malsupre.
De la analizo de ĉi-supraj grafikaĵoj estas klare ke:
- La eliga koordinato de la kontrolsistemo ne atingas la specifitan valoron, t.e. Estas senmova eraro en la sistemo.
- La tensio sur la motoraj volvaĵoj atingas valoron de 150 V komence de la simulado, kio kondukos al ĝia malsukceso pro la liverado de pli granda tensio ol la nominala (24 V) al ĝiaj volvaĵoj.
Lasu la respondon de la sistemo al ununura impulso devas renkonti la sekvajn postulojn:
- overshoot (Overshoot) ne pli ol 10%,
- Levtempo malpli ol 0.8 s,
- Transira tempo (Settlement tempo) malpli ol 2 s.
Krome, la reguligisto devas limigi la tension provizitan al la motorvolvaĵo al la valoro de la livertensio.
Agordi la regilon
La parametroj de la regilo estas agorditaj per la ilo , kiu haveblas rekte en la fenestro de PID-Regilo-blokaj parametroj.
La aplikaĵo estas lanĉita premante butonon Agordu…lokita sur la panelo Aŭtomatigita agordado. Indas noti, ke antaŭ ol plenumi la etapon de agordo de la parametroj de la regilo, necesas elekti ĝian tipon (P, PI, PD, ktp.), same kiel ĝian tipon (analoga aŭ diskreta).
Ĉar unu el la postuloj estas limigi ĝian produktan koordinaton (tensio sur la motorvolvaĵo), la permesebla tensiointervalo devus esti precizigita. Por ĉi tio:
- Iru al langeto Eligo Saturado.
- Alklaku la flagbutonon Limigi eliron, rezulte de kio estas aktivigitaj la kampoj por agordi la supran (Supra limo) kaj malsupra (Malsupra limo) limoj de la eliga valorintervalo.
- Fiksu la intervallimojn.
Ĝusta funkciado de la reguliga unuo kiel parto de la sistemo implicas la uzon de metodoj celitaj kontraŭbatali integran saturiĝon. La bloko efektivigas du metodojn: malantaŭa kalkulo kaj krampo. Detalaj informoj pri ĉi tiuj metodoj troviĝas . La metodo-elekta falmenuo situas sur la panelo Kontraŭvendado.
En ĉi tiu kazo, ni skribos la valorojn 24 kaj -24 en la kampoj Supera limo и Malsupra limo sekve, kaj ankaŭ uzu la clamping-metodon por forigi integran saturiĝon.
Vi eble rimarkos, ke la aspekto de la reguliga bloko ŝanĝiĝis: saturiĝa signo aperis apud la eliga haveno de la bloko.
Poste, akceptu ĉiujn ŝanĝojn premante la butonon apliki, revenu al la langeto ĉefa kaj premu la butonon Agordu…, kiu malfermos novan aplikaĵfenestron PIDtuner.
La grafika areo de la fenestro montras du pasemajn procezojn: kun la aktualaj parametroj de la regilo, t.e. por neagordita regilo, kaj por valoroj aŭtomate elektitaj. Novaj parametraj valoroj povas esti viditaj alklakante la butonon Montru Parametrojnsituanta sur la ilobreto. Kiam vi premas la butonon, du tabeloj aperos: la elektitaj parametroj de la regilo (Regilo-Parametroj) kaj la taksoj de la karakterizaĵoj de la pasema procezo kun la elektitaj parametroj (Rendimento kaj Fortikeco).
Kiel videblas el la valoroj de la dua tabelo, la aŭtomate kalkulitaj regilaj koeficientoj kontentigas ĉiujn postulojn.
La reguliga agordo finiĝas premante la butonon kun verda triangulo situanta dekstre de la butono Montru Parametrojn, post kio la novaj parametraj valoroj aŭtomate ŝanĝiĝos en la respondaj kampoj en la fenestro de agordoj de parametroj de blokado de PID-Regilo.
La rezultoj de simulado de sistemo kun agordita regilo por pluraj enirsignaloj estas montritaj malsupre. Je altaj enirsignalaj niveloj (blua linio), la sistemo funkcios en tensia saturiĝa reĝimo.
Notu, ke la ilo PID Tuner elektas la regilokoeficientojn bazitajn sur linearigita modelo, do kiam oni moviĝas al nelinia modelo, necesas klarigi ĝiajn parametrojn. En ĉi tiu kazo, vi povas uzi la aplikaĵon .
Literaturo
- Manlibro de PI kaj PID-Regilo-Agordado-Reguloj. Aidan O'Dwyer
- Dezajno de Sistemo de Kontrolo PID kaj Aŭtomata Agordado uzante MATLAB, Simulink. Wang L.
- PID-kontrolo en ne-strikta formo. Karpov V.E.
- PID-regiloj. Problemoj pri efektivigo. Partoj 1, 2. Denisenko V.
fonto: www.habr.com