Artikulu honek Simulink ingurunean PID kontrolagailuak sintonizatzeko metodo automatizatuei eskainitako artikulu sorta bat hasten du. Gaur PID Tuner aplikazioarekin nola lan egin ikusiko dugu.
Sarrera
Begizta itxiko kontrol sistemetan industrian erabiltzen den kontrolagailu mota ezagunena PID kontrolagailutzat har daiteke. Eta ingeniariek kontrolagailuaren egitura eta funtzionamendu-printzipioa beren ikasle garaietatik gogoratzen badute, orduan bere konfigurazioa, hau da. Kontrolagailuen koefizienteen kalkulua arazo bat da oraindik. Literatura ugari dago, bai atzerrikoa (adibidez, [1, 2]) bai etxekoa (adibidez, [3, 4]), non erregulatzaileen doikuntza kontrol automatikoaren teoriaren hizkuntza korapilatsu samarrean azaltzen den.
Artikulu sorta honek PID kontrolagailuak sintonizatzeko modu automatizatuak deskribatuko ditu Simulink tresnak erabiliz, hala nola:
- PID sintonizatzailea
- Erantzunaren optimizatzailea
- Kontrol-sistemaren sintonizatzailea,
- Maiztasun-erantzunetan oinarritutako PID sintonizatzailea,
- Begizta itxiko PID sintonizatzailea.
Kontrol-sistemaren xedea iman iraunkorren bidez kitzikaturiko DC motor batean oinarritutako motor elektriko bat izango da, karga inertzietarako engranaje-kaxa batekin batera funtzionatzen duena, parametro hauek dituena:
- motorraren hornidura-tentsioa, ;
- motorraren armadura harilkatuaren erresistentzia aktiboa, ;
- Motor-armatuaren harilaren erreaktantzia induktiboa, ;
- motorraren pare-koefizientea, ;
- motorraren errotorearen inertzi momentua, .
Karga eta kaxa parametroak:
- kargaren inertzi momentua, ;
- engranaje-erlazioa, .
Artikuluek ez dute ia formula matematikorik, hala ere, komeni da irakurleak kontrol automatikoaren teorian oinarrizko ezagutzak izatea, bai eta Simulink inguruneko modelizazioan esperientzia izatea proposatutako materiala ulertzeko.
Sistemaren eredua
Har dezagun kontrol-sistema lineal bat unitate elektriko serbo elektriko baten abiadura angeluarra, zeinaren bloke-diagrama sinplifikatua jarraian aurkezten dena.
Emandako egituraren arabera, Simulink ingurunean horrelako sistema baten eredua eraiki zen.
Eragingailu elektrikoaren (Electric actuator azpisistema) eta karga inertzialaren (Load azpisistema) ereduak modelizazio fisikoko liburutegi-blokeak erabiliz sortu ziren. :
- unitate elektrikoaren eredua,
- karga inertzialaren eredua.
Gidatze eta karga elektrikoen ereduek hainbat kantitate fisikotako sentsore azpisistemak ere barne hartzen dituzte:
- motorraren armadura harilkatuan (A azpisistema) dabilen korrontea,
- bere harilaren tentsioa (V azpisistema),
- Kontrol-objektuaren abiadura angeluarra (Ω azpisistema).
PID kontrolagailuaren parametroak ezarri aurretik, exekutatu dezagun kalkulurako eredua, kontrolagailuaren transferentzia funtzioa onartuz. . 150 rpm-ko sarrerako seinale baten simulazioaren emaitzak behean erakusten dira.
Goiko grafikoen azterketatik argi ikusten da:
- Kontrol-sistemaren irteerako koordenatua ez da zehaztutako baliora iristen, hau da. Errore estatiko bat dago sisteman.
- Motorraren harilkatuen tentsioa 150 V-ko baliora iristen da simulazioaren hasieran, eta horrek hutsegitea ekarriko du bere harilketei nominala (24 V) baino tentsio handiagoa emateagatik.
Utzi sistemak bulkada bakar bati emandako erantzunak baldintza hauek bete behar dituela:
- gainditzea (Overshoot) % 10 baino gehiago,
- Igoera denbora 0.8 s baino txikiagoa,
- Denbora iragankorra (Kalkatzeko denbora) 2 s baino txikiagoa.
Horrez gain, erregulatzaileak motorren harilaturari ematen zaion tentsioa hornidura-tentsioaren baliora mugatu behar du.
Kontrolagailua konfiguratzea
Kontrolagailuaren parametroak tresnaren bidez konfiguratzen dira , zuzenean eskuragarri dagoen PID Controller bloke-parametroen leihoan.
Aplikazioa botoi bat sakatuz abiarazten da Sintonizatu…panelean kokatuta Sintonizazio automatikoa. Nabarmentzekoa da kontroladorearen parametroak ezartzeko fasea egin aurretik bere mota (P, PI, PD, etab.) aukeratu behar dela, baita mota ere (analogikoa edo diskretua).
Baldintzetako bat bere irteerako koordenatua mugatzea denez (motorraren harilaren tentsioa), baimendutako tentsio-tartea zehaztu behar da. Honetarako:
- Joan fitxara Irteera Saturazioa.
- Egin klik bandera botoian Irteera mugatu, horren ondorioz irteerako balio-barrutiaren goiko (Goiko muga) eta beheko (Beheko muga) mugak ezartzeko eremuak aktibatzen dira.
- Ezarri barrutiaren mugak.
Sistemaren parte gisa unitate erregulatzailearen funtzionamendu zuzenak saturazio integralari aurre egiteko metodoak erabiltzea dakar. Blokeak bi metodo inplementatzen ditu: atzera-kalkulua eta clamping. Metodo hauei buruzko informazio zehatza aurkitzen da . Metodo hautatzeko goitibeherako menua panelean dago Haizearen aurkakoa.
Kasu honetan, 24 eta -24 balioak idatziko ditugu eremuetan Goiko muga и Beheko muga horren arabera, eta clamping metodoa ere erabili saturazio integrala kentzeko.
Baliteke erregulatzaile-blokearen itxura aldatu dela ohartzea: saturazio-ikurra agertu da blokearen irteerako atakaren ondoan.
Ondoren, onartu aldaketa guztiak botoia sakatuz Aplikatu, itzuli fitxara Main eta sakatu botoia Sintonizatu…, PIDTuner aplikazioaren leiho berri bat irekiko duena.
Leihoaren eremu grafikoan, bi prozesu iragankor bistaratzen dira: kontrolagailuaren egungo parametroekin, hau da. konfiguratu gabeko kontroladore baterako eta automatikoki hautatutako balioetarako. Parametroen balio berriak botoian klik eginda ikus daitezke Erakutsi parametroaktresna-barran dago. Botoia sakatzean, bi taula agertuko dira: kontrolagailuaren aukeratutako parametroak (Kontroller Parameters) eta prozesu iragankorraren ezaugarrien balorazioak aukeratutako parametroekin (Errendimendua eta sendotasuna).
Bigarren taulako balioetan ikus daitekeenez, automatikoki kalkulatutako kontrolagailu koefizienteek baldintza guztiak betetzen dituzte.
Erregulagailuaren ezarpena botoiaren eskuinaldean kokatutako triangelu berde bat duen botoia sakatuz osatzen da Erakutsi parametroak, ondoren parametroen balio berriak automatikoki aldatuko dira dagozkien eremuetan PID Controller blokearen parametroen ezarpenen leihoan.
Hainbat sarrera-seinaletarako kontrolagailu sintonizatu batekin sistema baten simulazioaren emaitzak behean erakusten dira. Sarrerako seinale maila altuetan (lerro urdina), sistemak tentsio saturazio moduan funtzionatuko du.
Kontuan izan PID Tuner tresnak kontroladorearen koefizienteak eredu linealizatu batean oinarrituta hautatzen dituela, beraz, eredu ez-lineal batera pasatzean, bere parametroak argitu behar dira. Kasu honetan, aplikazioa erabil dezakezu .
Literatura
- PI eta PID kontrolagailuen sintonizazio arauen eskuliburua. Aidan O'Dwyer
- PID Kontrol Sistemaren Diseinua eta Sintonizazio Automatikoa MATLAB, Simulink erabiliz. Wang L.
- PID kontrola forma ez zorrotzean. Karpov V.E.
- PID kontrolagailuak. Gauzatzeko arazoak. 1, 2 zatiak. Denisenko V.
Iturria: www.habr.com