Оваа статија започнува серија написи посветени на автоматизирани методи за подесување на PID контролери во околината Simulink. Денес ќе откриеме како да работиме со апликацијата PID Tuner.
Вовед
Најпопуларниот тип на контролери што се користат во индустријата во контролните системи со затворена јамка може да се сметаат за PID контролери. И ако инженерите се сеќаваат на структурата и принципот на работа на контролорот од нивните студентски денови, тогаш неговата конфигурација, т.е. пресметувањето на коефициентите на контролорот е сè уште проблем. Постои огромна количина на литература, и странска (на пример, [1, 2]) и домашна (на пример, [3, 4]), каде што прилагодувањето на регулаторите е објаснето на прилично комплицираниот јазик на теоријата за автоматска контрола.
Оваа серија на написи ќе опише автоматизирани начини за подесување на PID контролери користејќи ги алатките на Simulink како што се:
- PID тјунер
- Оптимизатор на одговор
- Тјунер на контролниот систем,
- PID тјунер заснован на фреквентен одговор,
- PID автоматски подесувач со затворена јамка.
Целта на контролниот систем ќе биде електричен погон базиран на DC мотор возбуден од постојани магнети, кој работи заедно со менувач за инерцијално оптоварување, со следните параметри:
- напон на напојување на моторот,
; - активен отпор на намотката на арматурата на моторот, ;
- индуктивна реактанса на намотката на арматурата на моторот, ;
- коефициент на вртежен момент на моторот, ;
- момент на инерција на роторот на моторот, .
; 
; 
; 
; 
.Параметри на оптоварување и менувач:
- момент на инерција на товарот, ;
- степен на пренос, .
; 
.Статиите практично не содржат математички формули, сепак, пожелно е читателот да има основни познавања во теоријата на автоматска контрола, како и искуство во моделирање во околината Simulink за да го разбере предложениот материјал.
Системски модел
Да разгледаме линеарен контролен систем за аголната брзина на серво електричен погон, чиј поедноставен блок дијаграм е претставен подолу.
Во согласност со дадената структура, модел на таков систем е изграден во околината на Simulink.
Моделите на електричен погон (потсистем за електричен погон) и инерцијално оптоварување (подсистем за оптоварување) беа креирани со користење на библиотечни блокови за физичко моделирање :
- модел на електричен погон,
- модел на инерцијално оптоварување.
Моделите со електричен погон и оптоварување исто така вклучуваат потсистеми на сензори од различни физички големини:
- струја што тече во намотката на арматурата на моторот (потсистем А),
- напон на неговото намотување (потсистем V),
- аголна брзина на контролниот објект (потсистем Ω).
Пред да ги поставите параметрите на PID контролерот, да го извршиме моделот за пресметка, прифаќајќи ја функцијата за пренос на контролерот 
. Резултатите од симулацијата за влезен сигнал од 150 вртежи во минута се прикажани подолу.
Од анализата на горенаведените графикони јасно се гледа дека:
- Излезната координата на контролниот систем не ја достигнува одредената вредност, т.е. Има статичка грешка во системот.
- Напонот на намотките на моторот достигнува вредност од 150 V на почетокот на симулацијата, што ќе доведе до негово откажување поради напојување на напон поголем од номиналниот (24 V) на неговите намотки.
Нека одговорот на системот на еден импулс мора да ги исполнува следниве барања:
- надминување (надминување) не повеќе од 10%,
- Време на подигање помалку од 0.8 секунди,
- Преодно време (Време на смирување) помалку од 2 с.
Покрај тоа, регулаторот мора да го ограничи напонот што се доставува до намотката на моторот до вредноста на напонот за напојување.
Поставување на контролорот
Параметрите на контролорот се конфигурираат со помош на алатката , кој е достапен директно во прозорецот за блок параметри на PID Controller.
Апликацијата се активира со притискање на копче Мелодија…се наоѓа на панелот Автоматско подесување. Вреди да се напомене дека пред да се изврши фазата на поставување на параметрите на контролорот, неопходно е да се избере неговиот тип (P, PI, PD, итн.), како и неговиот тип (аналоген или дискретен).
Бидејќи едно од барањата е ограничување на неговата излезна координата (напон на намотката на моторот), треба да се наведе дозволениот опсег на напон. За ова:
- Одете на јазичето Излезна сатурација.
- Кликнете на копчето за знаме Ограничете го излезот, како резултат на што се активираат полињата за поставување на горната (Горна граница) и долната (Долна граница) граници на опсегот на излезната вредност.
- Поставете ги границите на опсегот.
Правилната работа на регулаторната единица како дел од системот вклучува употреба на методи насочени кон борба против интегралната сатурација. Блокот имплементира два методи: назад-калкулација и стегање. Детални информации за овие методи се наоѓаат . На панелот се наоѓа паѓачкото мени за избор на метод Против превиткување.
Во овој случај, ќе ги напишеме вредностите 24 и -24 во полињата Горна граница и Долната граница соодветно, а исто така користете го методот на стегање за да ја елиминирате интегралната заситеност.
Може да забележите дека изгледот на блокот на регулаторот е променет: знакот за заситеност се појави веднаш до излезната порта на блокот.
Следно, прифатете ги сите промени со притискање на копчето Применуваат, вратете се на јазичето главните и притиснете го копчето Мелодија…, со што ќе се отвори нов прозорец на апликацијата PIDTuner.
Во графичката област на прозорецот се прикажуваат два минливи процеси: со тековните параметри на контролорот, т.е. за неконфигуриран контролер и за вредности кои се избираат автоматски. Новите вредности на параметрите може да се видат со кликнување на копчето Прикажи параметрисе наоѓа на лентата со алатки. Кога ќе го притиснете копчето, ќе се појават две табели: избраните параметри на контролерот (Controller Parameters) и проценките на карактеристиките на минливиот процес со избраните параметри (Performance и Robustness).
Како што може да се види од вредностите на втората табела, автоматски пресметаните коефициенти на контролорот ги задоволуваат сите барања.
Поставувањето на регулаторот се комплетира со притискање на копчето со зелен триаголник кој се наоѓа десно од копчето Прикажи параметри, по што новите вредности на параметрите автоматски ќе се променат во соодветните полиња во прозорецот за поставувања на параметрите на блокот на контролорот PID.
Резултатите од симулирање на систем со подесен контролер за неколку влезни сигнали се прикажани подолу. При високи нивоа на влезен сигнал (сина линија), системот ќе работи во режим на заситеност на напон.
Забележете дека алатката PID Tuner ги избира коефициентите на контролорот врз основа на линеаризиран модел, така што кога се префрлате на нелинеарен модел, неопходно е да се разјаснат неговите параметри. Во овој случај, можете да ја користите апликацијата .
Литература
- Прирачник за правила за подесување на PI и PID контролер. Ејдан О'Двајер
- Дизајн на PID контролен систем и автоматско подесување со помош на MATLAB, Simulink. Ванг Л.
- PID контрола во нестрога форма. Карпов В.Е.
- PID контролери. Прашања за имплементација. Делови 1, 2. Денисенко В.
Извор: www.habr.com
