Бұл мақала Simulink бағдарламасында PID контроллерлерін баптаудың автоматтандырылған әдістері туралы серияны бастайды. Бүгін біз PID Tuner қолданбасын қалай пайдалану керектігін қарастырамыз.
Кіріспе
PID контроллерлері өнеркәсіпте жабық циклді басқару жүйелерінде қолданылатын контроллердің ең танымал түрі болып саналады. Инженерлер контроллердің құрылымы мен жұмыс принципін студенттік кезден есте сақтаса да, оны баптау, яғни контроллердің коэффициенттерін есептеу қиын болып қала береді. Автоматты басқару теориясының өте күрделі тілінде контроллерді баптауды түсіндіретін үлкен әдебиеттер бар, олар шетелдік (мысалы, [1, 2]) және отандық (мысалы, [3, 4]).
Бұл мақалалар сериясы Simulink құралдарын пайдаланып PID контроллерлерін баптаудың автоматтандырылған әдістерін сипаттайды, мысалы:
- PID тюнер,
- Жауапты оңтайландырушы,
- Басқару жүйесінің тюнері,
- Жиілік жауапқа негізделген PID тюнер,
- Жабық циклдік PID автотюнері.
Басқару жүйесінің объектісі келесі параметрлері бар инерциялық жүктемеге арналған беріліс қорабымен бірге жұмыс істейтін тұрақты магниттерден қозуы бар тұрақты ток қозғалтқышына негізделген электр жетегі болады:
- қозғалтқыштың кернеуі,
; - қозғалтқыш якорь орамасының белсенді кедергісі, ;
- қозғалтқыш якорь орамасының индуктивті реактивтілігі, ;
- қозғалтқыш моментінің коэффициенті, ;
- қозғалтқыш роторының инерция моменті, .
; 
; 
; 
; 
.Жүктеме және беріліс қорабы параметрлері:
- жүктің инерция моменті, ;
- беріліс қорабының беріліс қатынасы, .
; 
.Мақалада математикалық формулалар дерлік жоқ; дегенмен, оқырманның ұсынылған материалды түсіну үшін автоматты басқару теориясының негізгі білімі, сондай-ақ Simulink ортасында модельдеу тәжірибесі болғаны жөн.
Жүйе моделі
Сервоэлектр жетегінің бұрыштық жылдамдығын басқарудың сызықтық жүйесін қарастырайық, оның жеңілдетілген құрылымдық диаграммасы төменде келтірілген.
Берілген құрылымға сәйкес мұндай жүйенің моделі Simulink ортасында құрастырылды.
Физикалық модельдеу кітапханасының блоктарын пайдалана отырып, электр жетегінің (Электр жетектің ішкі жүйесі) және инерциялық жүктеменің (Жүктеменің ішкі жүйесі) үлгілері жасалды. :
- электр жетек үлгісі,
- инерциялық жүктеме моделі.
Электр жетегі және жүктеме модельдері әртүрлі физикалық шамаларға арналған сенсорлардың ішкі жүйелерін де қамтиды:
- қозғалтқыштың якорь орамында ағып жатқан ток (А қосалқы жүйесі),
- оның орамындағы кернеу (V ішкі жүйе),
- басқару объектісінің бұрыштық жылдамдығы (ішкі жүйе Ω).
PID контроллерінің параметрлерін орнатпас бұрын, контроллердің тасымалдау функциясын қабылдай отырып, есептеу үшін үлгіні іске қосамыз. 
150 айн/мин кіріс сигналы үшін модельдеу нәтижелері төменде көрсетілген.
Берілген графиктерді талдау мынаны анық көрсетеді:
- Басқару жүйесінің шығыс координатасы көрсетілген мәнге жетпейді, яғни жүйеде статикалық қате бар.
- Модельдеу басында қозғалтқыш орамдарындағы кернеу 150 В жетеді, бұл оның орамасына номиналдыдан (24 В) жоғары кернеудің берілуіне байланысты оның істен шығуына әкеледі.
Жүйенің бір импульске жауап беруі келесі талаптарға сай болсын:
- 10% артық емес,
- Көтерілу уақыты 0.8 секундтан аз,
- Орнату уақыты 2 секундтан аз.
Сонымен қатар, реттеуші қозғалтқыш орамасына берілетін кернеуді қоректену кернеуінің мәніне дейін шектеуі керек.
Контроллерді орнату
Контроллердің параметрлері құралдың көмегімен реттеледі , ол PID Controller блок параметрлері терезесінде тікелей қол жетімді.
Бағдарлама түймені басу арқылы іске қосылады Баптау…, панельде орналасқан Автоматтандырылған баптауКонтроллердің параметрлерін орнату кезеңін орындамас бұрын оның түрін (P, PI, PD және т.б.), сондай-ақ оның түрін (аналогтық немесе дискретті) таңдау қажет екенін атап өткен жөн.
Талаптардың бірі оның шығыс координатын шектеу болғандықтан (қозғалтқыш орамасындағы кернеу), қолайлы кернеу диапазоны көрсетілуі керек. Мұны істеу үшін:
- Қойындыға өтіңіз Шығу қанықтылығы.
- Жалауша түймесін басыңыз Шығуды шектеу, нәтижесінде шығыс мәндер диапазонының жоғарғы (Жоғарғы шек) және төменгі (Төменгі шек) шектерін орнату өрістері іске қосылады.
- Біз диапазонның шекараларын белгілейміз.
Жүйе ішіндегі контроллер блогының дұрыс жұмыс істеуі интегралды қанықтырумен күресу әдістерін қолдануды талап етеді. Блок екі әдісті жүзеге асырады: кері есептеу және қысу. Бұл әдістер туралы толық ақпаратты мына жерден алуға болады. Әдісті таңдауға арналған ашылмалы мәзір панельде орналасқан Желге қарсы.
Бұл жағдайда өрістерге 24 және -24 мәндерін жазамыз Жоғарғы шек и Төменгі шегі сәйкес интегралды қанықтыруды жою үшін қысу әдісін де қолданамыз.
Реттегіш блогының сыртқы түрі өзгергенін байқауға болады: блоктың шығыс портының жанында қанықтылық белгісі пайда болды.
Содан кейін түймені басу арқылы барлық өзгертулерді қабылдаңыз Қолдану, біз қойындыға ораламыз басты және түймесін басыңыз Баптау…, ол жаңа PIDTuner қолданбасының терезесін ашады.
Терезенің графикалық аймағы екі өтпелі процесті көрсетеді: біреуі ағымдағы контроллер параметрлері бар, яғни конфигурацияланбаған контроллер үшін және екіншісі автоматты түрде таңдалған мәндері бар. Жаңа параметр мәндерін түймені басу арқылы көруге болады. Параметрлерді көрсету, құралдар тақтасында орналасқан. Бұл түймені басу екі кестені көрсетеді: таңдалған контроллердің параметрлері (Controller Parameters) және таңдалған параметрлер үшін болжалды өтпелі жауап сипаттамалары (Өнімділік және беріктік).
Екінші кестенің мәндерінен көрініп тұрғандай, автоматты түрде есептелетін реттеуші коэффициенттері барлық талаптарды қанағаттандырады.
Реттегішті орнату түйменің оң жағында орналасқан жасыл үшбұрышы бар түймені басу арқылы аяқталады Параметрлерді көрсету, содан кейін жаңа параметр мәндері PID Controller блок параметрінің параметрлері терезесіндегі сәйкес өрістерде автоматты түрде өзгереді.
Бірнеше кіріс сигналдары үшін реттелетін реттегіші бар жүйе үшін модельдеу нәтижелері төменде көрсетілген. Кіріс сигналының жоғары деңгейлерінде (көк сызық) жүйе кернеуді қанықтыру режимінде жұмыс істейді.
PID тюнер құралы контроллер коэффициенттерін сызықтық үлгіні пайдаланып таңдайтынын ескеріңіз, сондықтан сызықты емес модельге ауысқан кезде оның параметрлерін нақтылау қажет. Бұл жағдайда сіз қолданбаны пайдалана аласыз .
Әдебиет
- PI және PID контроллерін баптау ережелерінің анықтамалығы. Айдан О'Двайер
- PID басқару жүйесін жобалау және MATLAB, Simulink көмегімен автоматты баптау. Ван Л.
- Қатаң емес презентациядағы PID бақылауы. Карпов В.Е.
- PID контроллерлері. Іске асыру мәселелері. 1 және 2 бөлімдер. Денисенко В.
Ақпарат көзі: www.habr.com
