Бұл мақала Simulink ортасында PID контроллерлерін реттеудің автоматтандырылған әдістеріне арналған мақалалар сериясын бастайды. Бүгін біз PID Tuner қосымшасымен қалай жұмыс істеу керектігін анықтаймыз.
Кіріспе
Өнеркәсіпте жабық контурлы басқару жүйелерінде қолданылатын контроллерлердің ең танымал түрін PID контроллерлері деп санауға болады. Ал егер инженерлер контроллердің құрылымы мен жұмыс істеу принципін студенттік кезінен есте сақтаса, онда оның конфигурациясы, т.б. контроллер коэффициенттерін есептеу әлі де проблема болып табылады. Реттегіштерді реттеу автоматты басқару теориясының біршама күрделі тілінде түсіндірілетін шетелдік (мысалы, [1, 2]) және отандық (мысалы, [3, 4]) әдебиеттердің үлкен көлемі бар.
Бұл мақалалар сериясы Simulink құралдарының көмегімен PID контроллерлерін баптаудың автоматтандырылған тәсілдерін сипаттайды, мысалы:
- PID тюнер
- Жауапты оңтайландырушы
- Басқару жүйесінің тюнері,
- Жиілік жауапқа негізделген PID тюнер,
- Жабық цикл PID автотюнері.
Басқару жүйесінің объектісі келесі параметрлері бар инерциялық жүктемеге арналған беріліс қорабымен бірге жұмыс істейтін тұрақты магниттермен қоздырылған 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 қатынасы, .
Мақалада математикалық формулалар іс жүзінде жоқ, дегенмен оқырманның ұсынылған материалды түсіну үшін автоматты басқару теориясы бойынша негізгі білімі, сондай-ақ Simulink ортасында модельдеу тәжірибесі болғаны жөн.
Жүйе моделі
Сервоэлектрлік жетектің бұрыштық жылдамдығын басқарудың сызықтық жүйесін қарастырайық, оның жеңілдетілген құрылымдық схемасы төменде келтірілген.
Берілген құрылымға сәйкес мұндай жүйенің моделі Simulink ортасында құрастырылды.
Физикалық модельдеу кітапханасының блоктары арқылы электр жетегінің (Электр жетектің ішкі жүйесі) және инерциялық жүктеменің (Жүктеменің ішкі жүйесі) үлгілері жасалды. :
- электр жетек үлгісі,
- инерциялық жүктеме моделі.
Электр жетек және жүктеме модельдеріне әртүрлі физикалық шамалардың сенсорлық ішкі жүйелері де кіреді:
- 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.
Жоғарыда келтірілген графиктерді талдау нәтижесінде мынаны көруге болады:
- Басқару жүйесінің шығыс координатасы көрсетілген мәнге жетпейді, яғни. Жүйеде статикалық қате бар.
- Модельдеу басында қозғалтқыш орамасындағы кернеу 150 В мәніне жетеді, бұл оның орамдарына номиналдыдан (24 В) жоғары кернеудің берілуіне байланысты оның істен шығуына әкеледі.
Жүйенің бір импульске жауап беруі келесі талаптарға сай болуы керек:
- асып кету (Асу) 10% аспайды,
- Көтерілу уақыты 0.8 секундтан аз,
- Өтпелі уақыт (Орнату уақыты) 2 секундтан аз.
Сонымен қатар, реттеуші қозғалтқыш орамасына берілетін кернеуді қоректену кернеуінің мәніне дейін шектеуі керек.
Контроллерді орнату
Контроллердің параметрлері құралдың көмегімен конфигурацияланады , ол PID Controller блок параметрлері терезесінде тікелей қол жетімді.
Қолданба түймені басу арқылы іске қосылады Баптау…панелінде орналасқан Автоматтандырылған баптау. Контроллердің 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), рұқсат етілген кернеу диапазоны көрсетілуі керек. Осыған:
- Қойындыға өтіңіз Шығу қанықтылығы.
- Жалауша түймесін басыңыз Шығуды шектеу, нәтижесінде шығыс мәндер диапазонының жоғарғы (Жоғарғы шек) және төменгі (Төменгі шек) шекараларын орнату өрістері іске қосылады.
- Ауқым шекараларын орнатыңыз.
Жүйенің бөлігі ретінде реттеуші блогының дұрыс жұмыс істеуі интегралды қанықтырумен күресуге бағытталған әдістерді қолдануды қамтиды. Блок екі әдісті жүзеге асырады: кері есептеу және қысу. Бұл әдістер туралы толық ақпарат орналасқан . Әдісті таңдау ашылмалы мәзірі панельде орналасқан Желге қарсы.
Бұл жағдайда өрістерге 24 және -24 мәндерін жазамыз Жоғарғы шек и Төменгі шегі сәйкес, сонымен қатар интегралдық қанықтылықты жою үшін қысу әдісін қолданыңыз.
Сіз реттеуші блогының сыртқы түрі өзгергенін байқай аласыз: блоктың шығыс портының жанында қанықтылық белгісі пайда болды.
Содан кейін түймені басу арқылы барлық өзгертулерді қабылдаңыз Қолдану, қойындысына оралыңыз басты және түймесін басыңыз Баптау…, ол жаңа PIDTuner қолданбасының терезесін ашады.
Терезенің графикалық аймағында екі өтпелі процесс көрсетіледі: контроллердің ағымдағы параметрлерімен, яғни. конфигурацияланбаған контроллер үшін және автоматты түрде таңдалған мәндер үшін. Жаңа параметр мәндерін түймені басу арқылы көруге болады Параметрлерді көрсетуқұралдар тақтасында орналасқан. Түймені басқан кезде екі кесте пайда болады: контроллердің таңдалған параметрлері (Controller Parameters) және таңдалған параметрлермен (Өнімділік және беріктік) өтпелі процестің сипаттамаларын бағалау.
Екінші кестенің мәндерінен көрініп тұрғандай, автоматты түрде есептелетін контроллер 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 реттелген контроллері бар жүйені имитациялау нәтижелері төменде көрсетілген. Кіріс сигналының жоғары деңгейлерінде (көк сызық) жүйе кернеуді қанықтыру режимінде жұмыс істейді.
PID Tuner құралы контроллер коэффициенттерін сызықтық модель негізінде таңдайтынын ескеріңіз, сондықтан сызықты емес модельге көшкен 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.
- PID бақылауы қатаң емес нысанда. Карпов В.Е.
- PID контроллерлері. Іске асыру мәселелері. 1, 2 бөлімдер. Денисенко В.
Ақпарат көзі: www.habr.com