पीआईडी ​​नियंत्रक स्थापित करना: क्या शैतान उतना ही डरावना है जितना वे उसे बनाते हैं? भाग 1. सिंगल-सर्किट प्रणाली

यह आलेख सिमुलिंक वातावरण में पीआईडी ​​नियंत्रकों को ट्यून करने के लिए स्वचालित तरीकों के लिए समर्पित लेखों की एक श्रृंखला शुरू करता है। आज हम यह पता लगाएंगे कि पीआईडी ​​ट्यूनर एप्लिकेशन के साथ कैसे काम करें।

परिचय

उद्योग में बंद-लूप नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले सबसे लोकप्रिय प्रकार के नियंत्रकों को पीआईडी ​​नियंत्रक माना जा सकता है। और यदि इंजीनियर अपने छात्र दिनों से नियंत्रक की संरचना और संचालन के सिद्धांत को याद रखते हैं, तो इसका विन्यास, अर्थात्। नियंत्रक गुणांकों की गणना अभी भी एक समस्या है। बड़ी मात्रा में साहित्य उपलब्ध है, विदेशी (उदाहरण के लिए, [1, 2]) और घरेलू (उदाहरण के लिए, [3, 4]), दोनों, जहां नियामकों के समायोजन को स्वचालित नियंत्रण सिद्धांत की जटिल भाषा में समझाया गया है।

लेखों की यह श्रृंखला सिमुलिंक टूल का उपयोग करके पीआईडी ​​नियंत्रकों को ट्यून करने के स्वचालित तरीकों का वर्णन करेगी जैसे:

• पीआईडी ​​ट्यूनर
• प्रतिक्रिया अनुकूलक
• नियंत्रण प्रणाली ट्यूनर,
• फ़्रीक्वेंसी रिस्पांस आधारित पीआईडी ​​ट्यूनर,
• क्लोज्ड-लूप पीआईडी ​​ऑटोट्यूनर।

नियंत्रण प्रणाली का उद्देश्य स्थायी चुम्बकों द्वारा उत्तेजित डीसी मोटर पर आधारित एक इलेक्ट्रिक ड्राइव होगा, जो निम्नलिखित मापदंडों के साथ जड़त्वीय भार के लिए गियरबॉक्स के साथ मिलकर काम करेगा:

• मोटर आपूर्ति वोल्टेज, ;
• मोटर आर्मेचर वाइंडिंग का सक्रिय प्रतिरोध, ;
• मोटर आर्मेचर वाइंडिंग की आगमनात्मक प्रतिक्रिया, ;
• इंजन टॉर्क गुणांक, ;
• मोटर रोटर की जड़ता का क्षण, .

लोड और गियरबॉक्स पैरामीटर:

• भार की जड़ता का क्षण, ;
• गियर अनुपात, .

लेखों में व्यावहारिक रूप से गणितीय सूत्र शामिल नहीं हैं, हालांकि, यह वांछनीय है कि पाठक को स्वचालित नियंत्रण के सिद्धांत में बुनियादी ज्ञान हो, साथ ही प्रस्तावित सामग्री को समझने के लिए सिमुलिंक वातावरण में मॉडलिंग का अनुभव हो।

सिस्टम मॉडल

आइए सर्वो इलेक्ट्रिक ड्राइव के कोणीय वेग के लिए एक रैखिक नियंत्रण प्रणाली पर विचार करें, जिसका एक सरलीकृत ब्लॉक आरेख नीचे प्रस्तुत किया गया है।

दी गई संरचना के अनुसार, सिमुलिंक वातावरण में ऐसी प्रणाली का एक मॉडल बनाया गया था।

इलेक्ट्रिक ड्राइव (इलेक्ट्रिक एक्चुएटर सबसिस्टम) और इनर्शियल लोड (लोड सबसिस्टम) के मॉडल भौतिक मॉडलिंग लाइब्रेरी ब्लॉक का उपयोग करके बनाए गए थे सिम्सस्केप:

• इलेक्ट्रिक ड्राइव मॉडल,

• जड़त्वीय भार मॉडल.

इलेक्ट्रिक ड्राइव और लोड मॉडल में विभिन्न भौतिक मात्राओं के सेंसर सबसिस्टम भी शामिल हैं:

• मोटर की आर्मेचर वाइंडिंग में प्रवाहित धारा (सबसिस्टम ए),

• इसकी वाइंडिंग पर वोल्टेज (सबसिस्टम V),

• नियंत्रण वस्तु का कोणीय वेग (उपप्रणाली Ω)।

पीआईडी ​​नियंत्रक के पैरामीटर सेट करने से पहले, आइए नियंत्रक के स्थानांतरण फ़ंक्शन को स्वीकार करते हुए गणना के लिए मॉडल चलाएं . 150 आरपीएम के इनपुट सिग्नल के लिए सिमुलेशन परिणाम नीचे दिखाए गए हैं।

उपरोक्त ग्राफ़ के विश्लेषण से यह स्पष्ट है कि:

• नियंत्रण प्रणाली का आउटपुट समन्वय निर्दिष्ट मान तक नहीं पहुंचता है, अर्थात। सिस्टम में एक स्थैतिक त्रुटि है.
• सिमुलेशन की शुरुआत में मोटर वाइंडिंग पर वोल्टेज 150 V के मान तक पहुंच जाता है, जिससे इसकी वाइंडिंग में नाममात्र एक (24 V) से अधिक वोल्टेज की आपूर्ति के कारण इसकी विफलता हो जाएगी।

मान लें कि एकल आवेग के प्रति सिस्टम की प्रतिक्रिया को निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

• ओवरशूट (ओवरशूट) 10% से अधिक नहीं,
• उदय का समय 0.8 सेकंड से कम,
• क्षणिक समय (निपटान समय) 2 सेकंड से कम।

इसके अलावा, नियामक को मोटर वाइंडिंग को आपूर्ति किए गए वोल्टेज को आपूर्ति वोल्टेज के मूल्य तक सीमित करना चाहिए।

नियंत्रक की स्थापना

नियंत्रक पैरामीटर टूल का उपयोग करके कॉन्फ़िगर किए गए हैं पीआईडी ​​ट्यूनर, जो सीधे पीआईडी ​​नियंत्रक ब्लॉक पैरामीटर विंडो में उपलब्ध है।

एप्लिकेशन को एक बटन दबाकर लॉन्च किया जाता है तराना…पैनल पर स्थित है स्वचालित ट्यूनिंग. यह ध्यान देने योग्य है कि नियंत्रक मापदंडों को सेट करने के चरण को पूरा करने से पहले, इसके प्रकार (पी, पीआई, पीडी, आदि), साथ ही इसके प्रकार (एनालॉग या असतत) का चयन करना आवश्यक है।

चूँकि आवश्यकताओं में से एक इसके आउटपुट समन्वय (मोटर वाइंडिंग पर वोल्टेज) को सीमित करना है, अनुमेय वोल्टेज सीमा निर्दिष्ट की जानी चाहिए। इसके लिए:

1. टैब पर जाएं आउटपुट संतृप्ति.
2. ध्वज बटन पर क्लिक करें आउटपुट सीमित करें, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट वैल्यू रेंज की ऊपरी (ऊपरी सीमा) और निचली (निचली सीमा) सीमाएं निर्धारित करने के लिए फ़ील्ड सक्रिय हो जाते हैं।
3. सीमा सीमाएँ निर्धारित करें.

सिस्टम के हिस्से के रूप में नियामक इकाई के सही संचालन में अभिन्न संतृप्ति से निपटने के उद्देश्य से तरीकों का उपयोग शामिल है। ब्लॉक दो तरीकों को लागू करता है: बैक-कैलकुलेशन और क्लैम्पिंग। इन विधियों के बारे में विस्तृत जानकारी उपलब्ध है यहां. विधि चयन ड्रॉप-डाउन मेनू पैनल पर स्थित है विरोधी windup.

इस मामले में, हम फ़ील्ड में मान 24 और -24 लिखेंगे ऊपरी सीमा и निचली सीमा तदनुसार, और अभिन्न संतृप्ति को खत्म करने के लिए क्लैम्पिंग विधि का भी उपयोग करें।

आप देख सकते हैं कि नियामक ब्लॉक का स्वरूप बदल गया है: ब्लॉक के आउटपुट पोर्ट के बगल में एक संतृप्ति चिह्न दिखाई दिया है।

इसके बाद बटन दबाकर सभी बदलाव स्वीकार करें लागू करें, टैब पर वापस लौटें मुख्य और нажимаем кнопку तराना…, जो एक नई PIDTuner एप्लिकेशन विंडो खोलेगा।

विंडो के ग्राफ़िकल क्षेत्र में, दो क्षणिक प्रक्रियाएँ प्रदर्शित होती हैं: नियंत्रक के वर्तमान मापदंडों के साथ, अर्थात। एक अपुष्ट नियंत्रक के लिए, और स्वचालित रूप से चयनित मानों के लिए। नए पैरामीटर मान बटन पर क्लिक करके देखे जा सकते हैं पैरामीटर दिखाएँटूलबार पर स्थित है. जब आप बटन दबाते हैं, तो दो तालिकाएँ दिखाई देंगी: नियंत्रक के चयनित पैरामीटर (नियंत्रक पैरामीटर) और चयनित मापदंडों (प्रदर्शन और मजबूती) के साथ क्षणिक प्रक्रिया की विशेषताओं का आकलन।

जैसा कि दूसरी तालिका के मूल्यों से देखा जा सकता है, स्वचालित रूप से गणना किए गए नियंत्रक गुणांक सभी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

रेगुलेटर सेटिंग बटन के दाईं ओर स्थित हरे त्रिकोण वाले बटन को दबाकर पूरी की जाती है पैरामीटर दिखाएँ, जिसके बाद नए पैरामीटर मान स्वचालित रूप से पीआईडी ​​नियंत्रक ब्लॉक पैरामीटर सेटिंग्स विंडो में संबंधित फ़ील्ड में बदल जाएंगे।

कई इनपुट सिग्नलों के लिए ट्यून किए गए नियंत्रक के साथ एक सिस्टम का अनुकरण करने के परिणाम नीचे दिखाए गए हैं। उच्च इनपुट सिग्नल स्तर (नीली रेखा) पर, सिस्टम वोल्टेज संतृप्ति मोड में काम करेगा।

ध्यान दें कि पीआईडी ​​ट्यूनर उपकरण एक रैखिक मॉडल के आधार पर नियंत्रक गुणांक का चयन करता है, इसलिए एक गैर-रेखीय मॉडल पर जाते समय, इसके मापदंडों को स्पष्ट करना आवश्यक है। ऐसे में आप एप्लिकेशन का उपयोग कर सकते हैं प्रतिक्रिया अनुकूलक.

साहित्य

1. पीआई और पीआईडी ​​नियंत्रक ट्यूनिंग नियमों की हैंडबुक। एडन ओ'डायर
2. MATLAB, Simulink का उपयोग करके PID नियंत्रण प्रणाली डिज़ाइन और स्वचालित ट्यूनिंग। वांग एल.
3. गैर-सख्त रूप में पीआईडी ​​नियंत्रण। कारपोव वी.ई.
4. पीआईडी ​​नियंत्रक. कार्यान्वयन के लिए मुद्दें। भाग 1, 2. डेनिसेंको वी.

स्रोत: www.habr.com