Þessi grein byrjar á röð greina sem helgaðar eru sjálfvirkum aðferðum til að stilla PID stýringar í Simulink umhverfinu. Í dag munum við finna út hvernig á að vinna með PID Tuner forritinu.
Inngangur
Vinsælasta gerð stýringa sem notuð eru í iðnaði í lokuðu stjórnkerfi geta talist PID stýringar. Og ef verkfræðingar muna uppbyggingu og meginreglu um notkun stjórnandans frá nemendadögum sínum, þá stillingar hans, þ.e. útreikningur stýristuðla er enn vandamál. Það er til mikið magn af bókmenntum, bæði erlendum (til dæmis [1, 2]) og innlendum (til dæmis [3, 4]), þar sem aðlögun eftirlitsstofnana er útskýrð á frekar flóknu tungumáli sjálfstýringarkenningarinnar.
Þessi röð greina mun lýsa sjálfvirkum leiðum til að stilla PID stýringar með Simulink verkfærum eins og:
- PID útvarpstæki
- Fínstilling fyrir svörun
- Stýrikerfisviðstillir,
- Tíðnisvörun byggður PID útvarpstæki,
- Closed-Loop PID Autotuner.
Markmið stjórnkerfisins verður rafdrif sem byggir á DC mótor sem er spenntur af varanlegum seglum, sem vinnur saman við gírkassa fyrir tregðuálag, með eftirfarandi breytum:
- framboðsspenna mótor, ;
- virk viðnám mótor armature vinda, ;
- inductive viðbrögð mótor armature vinda, ;
- snúningsstuðull vélar, ;
- tregðu augnabliks hreyfils snúðs, .
Færibreytur álags og gírkassa:
- tregðu augnabliks álagsins, ;
- gírhlutfall, .
Greinarnar innihalda nánast engar stærðfræðilegar formúlur, þó er æskilegt að lesandinn hafi grunnþekkingu í kenningunni um sjálfstýringu, sem og reynslu af líkanagerð í Simulink umhverfinu til að skilja fyrirhugað efni.
Kerfislíkan
Við skulum íhuga línulegt stjórnkerfi fyrir hornhraða servó rafdrifs, einfaldað kubbaskýringarmynd sem er kynnt hér að neðan.
Í samræmi við tiltekna uppbyggingu var líkan af slíku kerfi smíðað í Simulink umhverfinu.
Líkön af rafdrifinu (rafmagns undirkerfi) og tregðuálagi (álag undirkerfi) voru búnar til með því að nota líkamlega líkanabókasafnsblokkir :
- rafdrifs gerð,
- tregðuálagslíkan.
Rafdrifs- og hleðslulíkön innihalda einnig skynjara undirkerfi af ýmsu líkamlegu magni:
- straumur sem flæðir í armature vinda mótorsins (undirkerfi A),
- spenna á vinda þess (undirkerfi V),
- hornhraði stjórnhlutarins (undirkerfi Ω).
Áður en færibreytur PID stjórnandans eru stilltar skulum við keyra líkanið til útreiknings og samþykkja flutningsaðgerð stjórnandans . Niðurstöður hermuna fyrir inntaksmerki upp á 150 snúninga á mínútu eru sýndar hér að neðan.
Af greiningu á ofangreindum línuritum er ljóst að:
- Úttakshnit stjórnkerfisins nær ekki tilgreindu gildi, þ.e. Það er kyrrstöðuvilla í kerfinu.
- Spennan á mótorvindunum nær 150 V gildi í upphafi uppgerðarinnar, sem mun leiða til bilunar hennar vegna framboðs meiri spennu en nafnspennu (24 V) til vafninganna.
Láta viðbrögð kerfisins við einni hvatningu verða að uppfylla eftirfarandi kröfur:
- overshoot (Overshoot) ekki meira en 10%,
- Hækkunartími minni en 0.8 s,
- Skammvinn tími (setnunartími) minna en 2 s.
Að auki verður þrýstijafnarinn að takmarka spennuna sem fylgir mótorvindunni við verðmæti framboðsspennunnar.
Uppsetning stjórnanda
Stýribreytur stjórnandans eru stilltar með því að nota tólið , sem er fáanlegt beint í PID Controller blokk færibreytum glugganum.
Forritið er ræst með því að ýta á hnapp Lag…staðsett á spjaldinu Sjálfvirk stilling. Það er athyglisvert að áður en þú framkvæmir stigið til að stilla færibreytur stjórnandans er nauðsynlegt að velja gerð þess (P, PI, PD, osfrv.), Eins og tegund (hliðstæða eða stakur).
Þar sem ein af kröfunum er að takmarka úttakshnit þess (spenna á mótorvindunni), ætti að tilgreina leyfilegt spennusvið. Fyrir þetta:
- Farðu í flipa Úttaksmettun.
- Smelltu á fánahnappinn Takmarka framleiðslu, sem leiðir til þess að reitirnir til að stilla efri (Efri mörk) og neðri (neðri mörk) mörk úttaksgildasviðsins eru virkjaðir.
- Stilltu sviðsmörkin.
Rétt starfræksla eftirlitseiningarinnar sem hluti af kerfinu felur í sér notkun aðferða sem miða að því að berjast gegn samþættri mettun. Kubburinn útfærir tvær aðferðir: bakreikning og klemmu. Ítarlegar upplýsingar um þessar aðferðir eru staðsettar . Valmynd aðferðavals er staðsett á spjaldinu Anti-windup.
Í þessu tilviki munum við skrifa gildin 24 og -24 í reitina Efri mörk и Neðri mörk í samræmi við það, og notaðu einnig klemmuaðferðina til að útrýma samþættri mettun.
Þú gætir tekið eftir því að útlit eftirlitsblokkarinnar hefur breyst: mettunarmerki hefur birst við hlið úttakstengis blokkarinnar.
Næst skaltu samþykkja allar breytingar með því að ýta á hnappinn gilda, farðu aftur í flipann Main og ýttu á hnappinn Lag…, sem mun opna nýjan PIDTuner forritsglugga.
Á myndrænu svæði gluggans eru tvö tímabundin ferli sýnd: með núverandi breytum stjórnandans, þ.e. fyrir óstilltan stjórnanda og fyrir gildi sem eru valin sjálfkrafa. Hægt er að skoða ný færibreytugildi með því að smella á hnappinn Sýna færibreyturstaðsett á tækjastikunni. Þegar þú ýtir á hnappinn birtast tvær töflur: valdar færibreytur stjórnandans (Controller Parameters) og mat á eiginleikum skammvinns ferlis með völdum breytum (Performance og Robustness).
Eins og sjá má af gildum seinni töflunnar, fullnægja sjálfvirku reiknuðu stýristuðlunum öllum kröfum.
Stillingu þrýstijafnarans er lokið með því að ýta á hnappinn með grænum þríhyrningi sem staðsettur er hægra megin við hnappinn Sýna færibreytur, eftir það munu nýju færibreytugildin breytast sjálfkrafa í samsvarandi reitum í PID Controller blokkarstillingarglugganum.
Niðurstöður þess að líkja eftir kerfi með stilltum stjórnanda fyrir nokkur inntaksmerki eru sýndar hér að neðan. Við há inntaksmerki (blá lína) mun kerfið starfa í spennumettunarham.
Athugaðu að PID Tuner tólið velur stýristuðla út frá línulegu líkani, þannig að þegar þú ferð yfir í ólínulegt líkan er nauðsynlegt að skýra færibreytur þess. Í þessu tilviki geturðu notað forritið .
Bókmenntir
- Handbók um stillingarreglur PI og PID stjórnanda. Aidan O'Dwyer
- PID stýrikerfi hönnun og sjálfvirk stilling með MATLAB, Simulink. Wang L.
- PID eftirlit í óstrangu formi. Karpov V.E.
- PID stýringar. Framkvæmdarmál. Hlutar 1, 2. Denisenko V.
Heimild: www.habr.com