ການຕັ້ງຄ່າຕົວຄວບຄຸມ PID: ມານຮ້າຍເປັນຕາຢ້ານທີ່ພວກມັນເຮັດໃຫ້ລາວເປັນບໍ? ສ່ວນທີ 1. ລະບົບວົງຈອນດຽວ

ບົດຄວາມນີ້ເລີ່ມຕົ້ນຊຸດຂອງບົດຄວາມທີ່ອຸທິດໃຫ້ກັບວິທີການອັດຕະໂນມັດສໍາລັບການປັບຕົວຄວບຄຸມ PID ໃນສະພາບແວດລ້ອມ Simulink. ມື້ນີ້ພວກເຮົາຈະຊອກຫາວິທີເຮັດວຽກກັບແອັບພລິເຄຊັນ PID Tuner.

ການນໍາສະເຫນີ

ປະເພດເຄື່ອງຄວບຄຸມທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດທີ່ໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາໃນລະບົບການຄວບຄຸມແບບວົງປິດສາມາດຖືວ່າເປັນຕົວຄວບຄຸມ PID. ແລະຖ້າວິສະວະກອນຈື່ໂຄງສ້າງແລະຫຼັກການຂອງການດໍາເນີນງານຂອງຕົວຄວບຄຸມຈາກມື້ນັກຮຽນຂອງພວກເຂົາ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການຕັ້ງຄ່າຂອງມັນ, i.e. ການຄິດໄລ່ຄ່າສໍາປະສິດຄວບຄຸມຍັງເປັນບັນຫາ. ມີຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍຂອງວັນນະຄະດີ, ທັງຕ່າງປະເທດ (ຕົວຢ່າງ, [1, 2]) ແລະພາຍໃນປະເທດ (ຕົວຢ່າງ, [3, 4]), ບ່ອນທີ່ການປັບຕົວຂອງການຄວບຄຸມໄດ້ຖືກອະທິບາຍໃນພາສາທີ່ສັບສົນຫຼາຍຂອງທິດສະດີການຄວບຄຸມອັດຕະໂນມັດ.

ບົດຄວາມຊຸດນີ້ຈະອະທິບາຍວິທີການອັດຕະໂນມັດເພື່ອປັບຕົວຄວບຄຸມ PID ໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງມື Simulink ເຊັ່ນ:

• PID Tuner
• ໂຕເພີ່ມປະສິດທິພາບການຕອບສະໜອງ
• ຕົວ​ປັບ​ລະ​ບົບ​ການ​ຄວບ​ຄຸມ​,
• ຕົວຮັບສັນຍານ PID ການຕອບສະໜອງຄວາມຖີ່,
• Closed-Loop PID Autotuner.

ວັດຖຸຂອງລະບົບການຄວບຄຸມຈະເປັນໄດໄຟຟ້າໂດຍອີງໃສ່ motor DC ຕື່ນເຕັ້ນໂດຍແມ່ເຫຼັກຖາວອນ, ເຮັດວຽກຮ່ວມກັນກັບ gearbox ສໍາລັບການໂຫຼດ inertial, ມີຕົວກໍານົດການດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

• ແຮງດັນການສະຫນອງມໍເຕີ, ;
• ຄວາມຕ້ານທານຢ່າງຫ້າວຫັນຂອງ winding armature motor, ;
• reactance inductive ຂອງ motor armature winding, ;
• ຄ່າສໍາປະສິດແຮງບິດຂອງເຄື່ອງຈັກ, ;
• ຊ່ວງເວລາຂອງ inertia ຂອງ rotor motor, .

ຕົວກໍານົດການ Load ແລະ gearbox:

• ປັດ​ຈຸ​ບັນ​ຂອງ inertia ຂອງ​ການ​ໂຫຼດ​, ;
• ອັດ​ຕາ​ສ່ວນ​ເກຍ​, .

ບົດຄວາມປະກອບດ້ວຍການປະຕິບັດບໍ່ມີສູດຄະນິດສາດ, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມັນເປັນຄວາມປາຖະຫນາທີ່ຜູ້ອ່ານມີຄວາມຮູ້ພື້ນຖານໃນທິດສະດີການຄວບຄຸມອັດຕະໂນມັດ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບປະສົບການໃນການສ້າງແບບຈໍາລອງໃນສະພາບແວດລ້ອມ Simulink ເພື່ອເຂົ້າໃຈວັດສະດຸທີ່ສະເຫນີ.

ຮູບແບບລະບົບ

ຂໍໃຫ້ພິຈາລະນາລະບົບການຄວບຄຸມເສັ້ນຊື່ສໍາລັບຄວາມໄວເປັນລ່ຽມຂອງໄດໄຟຟ້າ servo, ແຜນວາດຕັນແບບງ່າຍດາຍທີ່ນໍາສະເຫນີຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ອີງຕາມໂຄງສ້າງທີ່ລະບຸໄວ້, ຮູບແບບຂອງລະບົບດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນສະພາບແວດລ້ອມ Simulink.

ແບບຈໍາລອງຂອງໄດໄຟຟ້າ (ລະບົບຍ່ອຍຕົວກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ) ແລະການໂຫຼດ inertial (ລະບົບຍ່ອຍ Load) ໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍໃຊ້ຕົວແບບຈໍາລອງຫ້ອງສະຫມຸດ Simscape:

• ແບບ​ຂັບ​ໄຟ​ຟ້າ​,

• ຮູບແບບການໂຫຼດ inertial.

ຮູບແບບການຂັບໄຟຟ້າແລະການໂຫຼດຍັງປະກອບມີລະບົບຍ່ອຍຂອງເຊັນເຊີຂອງປະລິມານທາງດ້ານຮ່າງກາຍຕ່າງໆ:

• ກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼໃນລົມ armature ຂອງມໍເຕີ (ລະບົບຍ່ອຍ A),

• ແຮງດັນຂອງ winding (ລະບົບຍ່ອຍ V),

• ຄວາມໄວມຸມຂອງວັດຖຸຄວບຄຸມ (ລະບົບຍ່ອຍΩ).

ກ່ອນທີ່ຈະກໍານົດພາລາມິເຕີຂອງຕົວຄວບຄຸມ PID, ໃຫ້ພວກເຮົາດໍາເນີນການແບບຈໍາລອງສໍາລັບການຄິດໄລ່, ຍອມຮັບຫນ້າທີ່ໂອນຂອງຕົວຄວບຄຸມ. . ຜົນໄດ້ຮັບການຈໍາລອງສໍາລັບສັນຍານ input ຂອງ 150 rpm ແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ຈາກການວິເຄາະຂອງກາຟຂ້າງເທິງ, ມັນເປັນທີ່ຊັດເຈນວ່າ:

• ການປະສານງານຜົນຜະລິດຂອງລະບົບການຄວບຄຸມບໍ່ເຖິງມູນຄ່າທີ່ລະບຸ, i.e. ມີຄວາມຜິດພາດສະຖິດຢູ່ໃນລະບົບ.
• ແຮງດັນຂອງ windings ມໍເຕີບັນລຸມູນຄ່າຂອງ 150 V ໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນຂອງການຈໍາລອງ, ເຊິ່ງຈະນໍາໄປສູ່ຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງຕົນເນື່ອງຈາກການສະຫນອງຂອງແຮງດັນທີ່ສູງກວ່າຫນຶ່ງ nominal ຫນຶ່ງ (24 V) ກັບ windings ຂອງຕົນ.

ໃຫ້​ການ​ຕອບ​ສະ​ຫນອງ​ຂອງ​ລະ​ບົບ​ການ​ກະ​ຕຸ້ນ​ດຽວ​ຕ້ອງ​ຕອບ​ສະ​ຫນອງ​ຄວາມ​ຕ້ອງ​ການ​ດັ່ງ​ຕໍ່​ໄປ​ນີ້​:

• overshoot (Overshoot) ບໍ່ເກີນ 10%,
• ເວລາເພີ່ມຂຶ້ນໜ້ອຍກວ່າ 0.8 ວິນາທີ,
• ໄລຍະເວລາຊົ່ວຄາວ (ເວລາຕັ້ງຖິ່ນຖານ) ໜ້ອຍກວ່າ 2 ວິນາທີ.

ນອກຈາກນັ້ນ, ຜູ້ຄວບຄຸມຕ້ອງຈໍາກັດແຮງດັນທີ່ສະຫນອງໃຫ້ແກ່ motor winding ກັບມູນຄ່າຂອງແຮງດັນການສະຫນອງ.

ຕັ້ງຄ່າຕົວຄວບຄຸມ

ຕົວກໍານົດການຂອງຕົວຄວບຄຸມຖືກຕັ້ງຄ່າໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງມື PID Tuner, ເຊິ່ງມີໃຫ້ໂດຍກົງຢູ່ໃນປ່ອງຢ້ຽມຕົວກໍານົດການບລັອກ PID Controller.

ແອັບພລິເຄຊັນຖືກເປີດໃຊ້ໂດຍການກົດປຸ່ມ ປັບ...ຕັ້ງຢູ່ໃນກະດານ ການປັບອັດຕະໂນມັດ. ມັນເປັນມູນຄ່າທີ່ສັງເກດວ່າກ່ອນທີ່ຈະປະຕິບັດຂັ້ນຕອນຂອງການກໍານົດຕົວກໍານົດການຄວບຄຸມ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງເລືອກປະເພດຂອງມັນ (P, PI, PD, ແລະອື່ນໆ), ເຊັ່ນດຽວກັນກັບປະເພດຂອງມັນ (analog ຫຼື discrete).

ເນື່ອງຈາກວ່າຫນຶ່ງໃນຂໍ້ກໍານົດແມ່ນເພື່ອຈໍາກັດການປະສານງານຜົນຜະລິດຂອງມັນ (ແຮງດັນໃນ motor winding), ລະດັບແຮງດັນທີ່ອະນຸຍາດຄວນໄດ້ຮັບການກໍານົດ. ສໍາລັບການນີ້:

1. ໄປທີ່ແຖບ ການອີ່ມຕົວຂອງຜົນຜະລິດ.
2. ໃຫ້ຄລິກໃສ່ປຸ່ມທຸງ ຈໍາກັດຜົນຜະລິດ, ເປັນຜົນມາຈາກການທີ່ພາກສະຫນາມສໍາລັບການກໍານົດຂອບເຂດເທິງ (ຂອບເຂດຈໍາກັດເທິງ) ແລະຕ່ໍາ (ຂອບເຂດຈໍາກັດຕ່ໍາ) ຂອງຂອບເຂດມູນຄ່າຜົນຜະລິດໄດ້ຖືກເປີດໃຊ້.
3. ກໍານົດຂອບເຂດຂອບເຂດ.

ການປະຕິບັດທີ່ຖືກຕ້ອງຂອງຫນ່ວຍງານຄວບຄຸມເປັນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງລະບົບກ່ຽວຂ້ອງກັບການນໍາໃຊ້ວິທີການທີ່ມີຈຸດປະສົງເພື່ອຕ້ານການອີ່ມຕົວຂອງຕົວຕົນ. ຕັນປະຕິບັດສອງວິທີການ: ການຄິດໄລ່ກັບຄືນໄປບ່ອນແລະການຍຶດ. ຂໍ້ມູນລະອຽດກ່ຽວກັບວິທີການເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຕັ້ງຢູ່ ທີ່ນີ້. ເມນູເລື່ອນລົງການເລືອກວິທີການແມ່ນຕັ້ງຢູ່ໃນກະດານ ຕ້ານລົມ.

ໃນກໍລະນີນີ້, ພວກເຮົາຈະຂຽນຄ່າ 24 ແລະ -24 ໃນຊ່ອງຂໍ້ມູນ ຂີດ ຈຳ ກັດດ້ານເທິງ и ຂີດ ຈຳ ກັດຕ່ ຳ ຕາມຄວາມເຫມາະສົມ, ແລະຍັງໃຊ້ວິທີການ clamping ເພື່ອລົບລ້າງການອີ່ມຕົວຂອງຕົວຕົນ.

ທ່ານອາດຈະສັງເກດເຫັນວ່າຮູບລັກສະນະຂອງບລັອກຜູ້ຄວບຄຸມໄດ້ມີການປ່ຽນແປງ: ເຄື່ອງຫມາຍການອີ່ມຕົວໄດ້ປາກົດຢູ່ຂ້າງຫນ້າຜອດຜົນຜະລິດຂອງບລັອກ.

ຕໍ່ໄປ, ຍອມຮັບການປ່ຽນແປງທັງຫມົດໂດຍການກົດປຸ່ມ ສະຫມັກຂໍເອົາ, ກັບຄືນໄປຫາແຖບ ຕົ້ນຕໍ жимажимаемкнопку ປັບ..., ເຊິ່ງຈະເປີດໜ້າຈໍແອັບພລິເຄຊັນ PIDTuner ໃໝ່.

ພື້ນທີ່ກາຟິກຂອງປ່ອງຢ້ຽມສະແດງສອງຂະບວນການຊົ່ວຄາວ: ກັບຕົວກໍານົດການໃນປະຈຸບັນຂອງຕົວຄວບຄຸມ, i.e. ສໍາລັບຕົວຄວບຄຸມທີ່ບໍ່ໄດ້ຕັ້ງຄ່າ, ແລະສໍາລັບຄ່າທີ່ເລືອກໂດຍອັດຕະໂນມັດ. ຄ່າພາລາມິເຕີໃຫມ່ສາມາດເບິ່ງໄດ້ໂດຍການຄລິກໃສ່ປຸ່ມ ສະແດງພາລາມິເຕີຕັ້ງຢູ່ໃນແຖບເຄື່ອງມື. ເມື່ອທ່ານກົດປຸ່ມ, ສອງຕາຕະລາງຈະປາກົດ: ຕົວກໍານົດການທີ່ເລືອກຂອງຕົວຄວບຄຸມ (Controller Parameters) ແລະການປະເມີນຄຸນລັກສະນະຂອງຂະບວນການຊົ່ວຄາວກັບພາລາມິເຕີທີ່ເລືອກ (ການປະຕິບັດແລະຄວາມທົນທານ).

ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກຄ່າຂອງຕາຕະລາງທີສອງ, ຄ່າສໍາປະສິດຄວບຄຸມການຄິດໄລ່ອັດຕະໂນມັດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການທັງຫມົດ.

ການຕັ້ງຄ່າເຄື່ອງຄວບຄຸມແມ່ນສໍາເລັດໂດຍການກົດປຸ່ມທີ່ມີສາມຫຼ່ຽມສີຂຽວຕັ້ງຢູ່ເບື້ອງຂວາຂອງປຸ່ມ ສະແດງພາລາມິເຕີ, ຫຼັງຈາກນັ້ນຄ່າພາລາມິເຕີໃຫມ່ຈະປ່ຽນແປງໂດຍອັດຕະໂນມັດໃນຂົງເຂດທີ່ສອດຄ້ອງກັນຢູ່ໃນປ່ອງຢ້ຽມການຕັ້ງຄ່າຕົວກໍານົດການບລັອກ PID Controller.

ຜົນໄດ້ຮັບຂອງການຈໍາລອງລະບົບທີ່ມີຕົວຄວບຄຸມ tuned ສໍາລັບສັນຍານ input ຫຼາຍແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນຂ້າງລຸ່ມນີ້. ໃນລະດັບສັນຍານຂາເຂົ້າສູງ (ສາຍສີຟ້າ), ລະບົບຈະເຮັດວຽກຢູ່ໃນໂຫມດການອີ່ມຕົວຂອງແຮງດັນ.

ໃຫ້ສັງເກດວ່າເຄື່ອງມື PID Tuner ເລືອກຄ່າສໍາປະສິດຂອງຕົວຄວບຄຸມໂດຍອີງໃສ່ຕົວແບບ linearized, ດັ່ງນັ້ນເມື່ອຍ້າຍໄປແບບ nonlinear, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງຊີ້ແຈງຕົວກໍານົດການຂອງມັນ. ໃນກໍລະນີດັ່ງກ່າວນີ້, ທ່ານສາມາດນໍາໃຊ້ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ ໂຕເພີ່ມປະສິດທິພາບການຕອບສະໜອງ.

Literature

1. ຄູ່ມືຂອງ PI ແລະ PID Controller Tuning ກົດລະບຽບ. Aidan O'Dwyer
2. ການອອກແບບລະບົບການຄວບຄຸມ PID ແລະປັບອັດຕະໂນມັດໂດຍໃຊ້ MATLAB, Simulink. ວັງ ລ.
3. ການຄວບຄຸມ PID ໃນຮູບແບບທີ່ບໍ່ເຄັ່ງຄັດ. Karpov V.E.
4. ຕົວຄວບຄຸມ PID. ບັນຫາການຈັດຕັ້ງປະຕິບັດ. ພາກທີ 1, 2. Denisenko V.

ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ: www.habr.com