ProHoster > وبلاگ > اداره > راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

این مقاله مجموعه‌ای از مقالات را آغاز می‌کند که به روش‌های خودکار تنظیم کنترل‌کننده‌های PID در محیط Simulink اختصاص دارد. امروز نحوه کار با برنامه PID Tuner را خواهیم فهمید.

معرفی

محبوب ترین نوع کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت در سیستم های کنترل حلقه بسته را می توان کنترل کننده های PID در نظر گرفت. و اگر مهندسان ساختار و اصل عملکرد کنترلر را از دوران دانشجویی خود به خاطر بسپارند، پیکربندی آن، یعنی. محاسبه ضرایب کنترل کننده هنوز یک مشکل است. حجم عظیمی از ادبیات، هم خارجی (به عنوان مثال، [1، 2]) و هم داخلی (به عنوان مثال، [3، 4])، که در آن تنظیم تنظیم کننده ها به زبان نسبتاً پیچیده تئوری کنترل خودکار توضیح داده می شود، وجود دارد.

این سری از مقالات روش های خودکار تنظیم کنترلرهای PID با استفاده از ابزارهای Simulink مانند:

  • تیونر PID
  • بهینه ساز پاسخ
  • تیونر سیستم کنترل،
  • تیونر PID مبتنی بر پاسخ فرکانس،
  • تنظیم خودکار PID حلقه بسته.

هدف سیستم کنترل یک محرک الکتریکی مبتنی بر یک موتور DC خواهد بود که توسط آهنرباهای دائمی تحریک می شود و با یک جعبه دنده برای بار اینرسی کار می کند، با پارامترهای زیر:

  • ولتاژ منبع تغذیه موتور، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار;
  • مقاومت فعال سیم پیچ آرمیچر موتور، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار;
  • راکتانس القایی سیم پیچ آرمیچر موتور، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار;
  • ضریب گشتاور موتور، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار;
  • ممان اینرسی روتور موتور، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار.

پارامترهای بار و گیربکس:

  • لحظه اینرسی بار، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار;
  • نسبت دنده، راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار.

مقالات عملا حاوی فرمول های ریاضی نیستند، با این حال، مطلوب است که خواننده دانش پایه در تئوری کنترل خودکار و همچنین تجربه مدل سازی در محیط سیمولینک برای درک مطالب پیشنهادی داشته باشد.

مدل سیستم

بیایید یک سیستم کنترل خطی برای سرعت زاویه ای یک درایو الکتریکی سروو در نظر بگیریم که یک بلوک دیاگرام ساده شده آن در زیر ارائه شده است.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

مطابق با ساختار داده شده، مدلی از چنین سیستمی در محیط سیمولینک ساخته شد.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

مدل‌های درایو الکتریکی (زیر سیستم محرک الکتریکی) و بار اینرسی (زیر سیستم بار) با استفاده از بلوک‌های کتابخانه مدل‌سازی فیزیکی ایجاد شدند. Simscape:

  • مدل محرک الکتریکی،

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

  • مدل بار اینرسی

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

مدل‌های محرک الکتریکی و بار نیز شامل زیرسیستم‌های حسگر با مقادیر فیزیکی مختلف هستند:

  • جریان در سیم پیچ آرمیچر موتور (زیر سیستم A)

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

  • ولتاژ روی سیم پیچ آن (زیر سیستم V)،

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

  • سرعت زاویه ای شی کنترل (زیر سیستم Ω).

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

قبل از تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID، اجازه دهید مدل را برای محاسبه اجرا کنیم و تابع انتقال کنترلر را بپذیریم. راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار. نتایج شبیه سازی برای سیگنال ورودی 150 دور در دقیقه در زیر نشان داده شده است.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

از تجزیه و تحلیل نمودارهای بالا مشخص می شود که:

  • مختصات خروجی سیستم کنترل به مقدار مشخص شده نمی رسد، یعنی. یک خطای استاتیک در سیستم وجود دارد.
  • ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های موتور در ابتدای شبیه‌سازی به 150 ولت می‌رسد که به دلیل تامین ولتاژ بیشتر از اسمی (24 ولت) به سیم‌پیچ‌های آن، منجر به خرابی آن می‌شود.

اجازه دهید پاسخ سیستم به یک تکانه باید شرایط زیر را برآورده کند:

  • بیش از حد (بیش از حد) بیش از 10٪ نیست.
  • زمان خیزش کمتر از 0.8 ثانیه،
  • زمان گذرا (زمان ته نشینی) کمتر از 2 ثانیه.

علاوه بر این، تنظیم کننده باید ولتاژ عرضه شده به سیم پیچ موتور را به مقدار ولتاژ تغذیه محدود کند.

راه اندازی کنترلر

پارامترهای کنترلر با استفاده از ابزار پیکربندی می شوند تیونر PID، که مستقیماً در پنجره پارامترهای بلوک PID Controller موجود است.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

برنامه با فشار دادن یک دکمه راه اندازی می شود اهنگ…واقع در پانل تنظیم خودکار. شایان ذکر است که قبل از انجام مرحله تنظیم پارامترهای کنترلر، باید نوع آن (P، PI، PD و ...) و همچنین نوع آن (آنالوگ یا گسسته) را انتخاب کرد.

از آنجایی که یکی از الزامات محدود کردن مختصات خروجی آن (ولتاژ روی سیم پیچ موتور) است، محدوده ولتاژ مجاز باید مشخص شود. برای این:

  1. به برگه بروید اشباع خروجی.
  2. بر روی دکمه پرچم کلیک کنید خروجی را محدود کنید، در نتیجه فیلدهای تنظیم مرزهای بالا (حد بالا) و پایین (حد پایین) محدوده مقدار خروجی فعال می شود.
  3. محدوده محدوده را تعیین کنید.

عملکرد صحیح واحد تنظیم کننده به عنوان بخشی از سیستم شامل استفاده از روش هایی با هدف مبارزه با اشباع انتگرال است. بلوک دو روش را اجرا می کند: محاسبه برگشتی و بستن. اطلاعات دقیق در مورد این روش ها قرار دارد اینجا. منوی کشویی انتخاب روش در پانل قرار دارد ضد باد.

در این صورت مقادیر 24 و -24 را در فیلدها می نویسیم حد بالا и حد پایین بر این اساس، و همچنین از روش بستن برای از بین بردن اشباع یکپارچه استفاده کنید.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

ممکن است متوجه شوید که ظاهر بلوک تنظیم کننده تغییر کرده است: یک علامت اشباع در کنار درگاه خروجی بلوک ظاهر شده است.

سپس با فشار دادن دکمه، تمام تغییرات را بپذیرید درخواست، به برگه بازگردید اصلی و دکمه را فشار دهید اهنگ…، که یک پنجره جدید برنامه PIDTuner را باز می کند.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

در قسمت گرافیکی پنجره، دو فرآیند گذرا نمایش داده می شود: با پارامترهای فعلی کنترلر، به عنوان مثال. برای یک کنترل کننده پیکربندی نشده و برای مقادیری که به طور خودکار انتخاب می شوند. مقادیر پارامترهای جدید را می توان با کلیک کردن روی دکمه مشاهده کرد نمایش پارامترهاواقع در نوار ابزار هنگامی که دکمه را فشار می دهید، دو جدول ظاهر می شود: پارامترهای انتخاب شده کنترلر (پارامترهای کنترلر) و ارزیابی ویژگی های فرآیند گذرا با پارامترهای انتخاب شده (عملکرد و استحکام).

همانطور که از مقادیر جدول دوم مشاهده می شود، ضرایب کنترلر محاسبه شده به طور خودکار تمام الزامات را برآورده می کند.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

تنظیم تنظیم کننده با فشار دادن دکمه با مثلث سبز رنگ که در سمت راست دکمه قرار دارد تکمیل می شود نمایش پارامترها، پس از آن مقادیر پارامتر جدید به طور خودکار در قسمت های مربوطه در پنجره تنظیمات پارامتر بلوک PID Controller تغییر می کند.

نتایج شبیه سازی یک سیستم با یک کنترلر تنظیم شده برای چندین سیگنال ورودی در زیر نشان داده شده است. در سطوح سیگنال ورودی بالا (خط آبی)، سیستم در حالت اشباع ولتاژ کار خواهد کرد.

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

راه‌اندازی کنترل‌کننده‌های PID: آیا شیطان به همان اندازه ترسناک است که او را ترسناک می‌کنند؟ قسمت 1. سیستم تک مدار

توجه داشته باشید که ابزار PID Tuner ضرایب کنترلر را بر اساس یک مدل خطی انتخاب می کند، بنابراین هنگام انتقال به مدل غیر خطی، لازم است پارامترهای آن مشخص شود. در این صورت می توانید از اپلیکیشن استفاده کنید بهینه ساز پاسخ.

ادبیات

  1. کتابچه راهنمای قوانین تنظیم کنترلر PI و PID. آیدان اودویر
  2. طراحی سیستم کنترل PID و تنظیم خودکار با استفاده از MATLAB، Simulink. وانگ ال.
  3. کنترل PID به شکل غیر دقیق. کارپوف V.E.
  4. کنترل کننده های PID مسائل اجرایی. قسمت 1، 2. Denisenko V.

منبع: www.habr.com

اضافه کردن نظر