Artikel ini memulai serangkaian artikel yang ditujukan untuk metode otomatis untuk menyetel pengontrol PID di lingkungan Simulink. Hari ini kita akan mengetahui cara bekerja dengan aplikasi PID Tuner.
pengenalan
Jenis pengontrol paling populer yang digunakan dalam industri dalam sistem kendali loop tertutup dapat dianggap sebagai pengontrol PID. Dan jika para insinyur mengingat struktur dan prinsip pengoperasian pengontrol sejak masa mahasiswa mereka, maka konfigurasinya, mis. perhitungan koefisien pengontrol masih menjadi masalah. Ada banyak sekali literatur, baik asing (misalnya, [1, 2]) dan dalam negeri (misalnya, [3, 4]), di mana penyesuaian regulator dijelaskan dalam bahasa teori kontrol otomatis yang agak rumit.
Rangkaian artikel ini akan menjelaskan cara otomatis untuk menyetel pengontrol PID menggunakan alat Simulink seperti:
- Penyetel PID
- Pengoptimal Respons
- Penyetel Sistem Kontrol,
- Tuner PID Berbasis Respon Frekuensi,
- Autotuner PID Loop Tertutup.
Objek sistem kendalinya adalah penggerak listrik berbasis motor DC yang dieksitasi oleh magnet permanen, bekerja sama dengan gearbox untuk beban inersia, dengan parameter sebagai berikut:
- tegangan suplai motor, ;
- resistansi aktif belitan jangkar motor, ;
- reaktansi induktif belitan jangkar motor, ;
- koefisien torsi mesin, ;
- momen inersia rotor motor, .
Parameter beban dan gearbox:
- momen inersia beban, ;
- perbandingan gigi, .
Artikel-artikel tersebut praktis tidak memuat rumus-rumus matematika, namun diharapkan pembaca memiliki pengetahuan dasar teori kendali otomatis, serta pengalaman pemodelan di lingkungan Simulink untuk memahami materi yang diajukan.
Model sistem
Mari kita pertimbangkan sistem kontrol linier untuk kecepatan sudut penggerak listrik servo, diagram blok yang disederhanakan disajikan di bawah ini.
Sesuai dengan struktur yang diberikan, model sistem tersebut dibangun di lingkungan Simulink.
Model penggerak listrik (Subsistem aktuator listrik) dan beban inersia (Subsistem beban) dibuat menggunakan blok perpustakaan pemodelan fisik :
- model penggerak listrik,
- model beban inersia.
Model penggerak dan beban listrik juga mencakup subsistem sensor dari berbagai besaran fisik:
- arus yang mengalir pada belitan jangkar motor (subsistem A),
- tegangan pada belitannya (subsistem V),
- kecepatan sudut benda kendali (subsistem Ξ©).
Sebelum mengatur parameter pengontrol PID, mari kita jalankan model untuk penghitungan, menerima fungsi transfer pengontrol . Hasil simulasi untuk sinyal input 150 rpm ditunjukkan di bawah ini.
Dari analisis grafik di atas terlihat jelas bahwa:
- Koordinat keluaran sistem kendali tidak mencapai nilai yang ditentukan, yaitu. Ada kesalahan statis dalam sistem.
- Tegangan pada belitan motor mencapai nilai 150 V pada awal simulasi, yang akan menyebabkan kegagalan karena suplai tegangan lebih besar dari tegangan nominal (24 V) ke belitannya.
Biarkan respon sistem terhadap satu impuls harus memenuhi persyaratan berikut:
- melampaui batas (Overshoot) tidak lebih dari 10%,
- Waktu naik kurang dari 0.8 detik,
- Waktu sementara (Settling time) kurang dari 2 detik.
Selain itu, regulator harus membatasi tegangan yang disuplai ke belitan motor sesuai dengan nilai tegangan suplai.
Menyiapkan pengontrol
Parameter pengontrol dikonfigurasikan menggunakan alat ini , yang tersedia langsung di jendela parameter blok Pengontrol PID.
Aplikasi diluncurkan dengan menekan sebuah tombol Laguβ¦terletak di panel Penyetelan otomatis. Perlu dicatat bahwa sebelum melakukan tahap pengaturan parameter pengontrol, perlu untuk memilih tipenya (P, PI, PD, dll.), serta tipenya (analog atau diskrit).
Karena salah satu persyaratannya adalah membatasi koordinat keluarannya (tegangan pada belitan motor), kisaran tegangan yang diizinkan harus ditentukan. Untuk ini:
- Pergi ke tab Saturasi Keluaran.
- Klik pada tombol bendera Batasi output, sebagai akibatnya bidang untuk mengatur batas atas (Batas atas) dan bawah (Batas bawah) dari rentang nilai keluaran diaktifkan.
- Tetapkan batas jangkauan.
Pengoperasian unit pengatur yang benar sebagai bagian dari sistem melibatkan penggunaan metode yang bertujuan untuk memerangi saturasi integral. Blok ini mengimplementasikan dua metode: perhitungan kembali dan penjepitan. Informasi terperinci tentang metode ini terdapat . Menu tarik-turun pemilihan metode terletak di panel Anti-penutupan.
Dalam hal ini, kita akan menulis nilai 24 dan -24 di kolom Batas atas ΠΈ Batasan yang lebih rendah karenanya, dan juga gunakan metode penjepitan untuk menghilangkan saturasi integral.
Anda mungkin memperhatikan bahwa tampilan blok pengatur telah berubah: tanda saturasi telah muncul di sebelah port keluaran blok.
Selanjutnya, terima semua perubahan dengan menekan tombol Mendaftar, kembali ke tab Utama Π°ΠΆΠΈΠΌΠ°Π΅ΠΌ ΠΎΠΏΠΊΡ Laguβ¦, yang akan membuka jendela aplikasi PIDTuner baru.
Di area grafis jendela, dua proses sementara ditampilkan: dengan parameter pengontrol saat ini, mis. untuk pengontrol yang tidak dikonfigurasi, dan untuk nilai yang dipilih secara otomatis. Nilai parameter baru dapat dilihat dengan mengklik tombol Tampilkan Parameterterletak di bilah alat. Saat Anda menekan tombol, dua tabel akan muncul: parameter pengontrol yang dipilih (Parameter Pengontrol) dan penilaian karakteristik proses transien dengan parameter yang dipilih (Kinerja dan Ketahanan).
Seperti dapat dilihat dari nilai tabel kedua, koefisien pengontrol yang dihitung secara otomatis memenuhi semua persyaratan.
Penyetelan regulator dilakukan dengan menekan tombol berbentuk segitiga hijau yang terletak di sebelah kanan tombol Tampilkan Parameter, setelah itu nilai parameter baru akan secara otomatis berubah di bidang terkait di jendela pengaturan parameter blok Pengontrol PID.
Hasil simulasi sistem dengan pengontrol yang disetel untuk beberapa sinyal masukan ditunjukkan di bawah ini. Pada level sinyal input tinggi (garis biru), sistem akan beroperasi dalam mode saturasi tegangan.
Perhatikan bahwa alat PID Tuner memilih koefisien pengontrol berdasarkan model yang dilinearisasi, jadi ketika berpindah ke model nonlinier, parameternya perlu diperjelas. Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan aplikasi tersebut .
Literatur
- Buku Pegangan Aturan Penyetelan Pengontrol PI dan PID. Aidan O'Dwyer
- Perancangan Sistem Kontrol PID dan Automatic Tuning menggunakan MATLAB, Simulink. Wang L.
- Kontrol PID dalam bentuk yang tidak ketat. Karpov V.E.
- Pengontrol PID. Masalah implementasi. Bagian 1, 2. Denisenko V.
Sumber: www.habr.com