PID കൺട്രോളറുകൾ സജ്ജീകരിക്കുന്നു: പിശാച് അവനെ സൃഷ്ടിക്കുന്നത്ര ഭയാനകനാണോ? ഭാഗം 1. സിംഗിൾ-സർക്യൂട്ട് സിസ്റ്റം

സിമുലിങ്ക് പരിതസ്ഥിതിയിൽ PID കൺട്രോളറുകൾ ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഓട്ടോമേറ്റഡ് രീതികൾക്കായി നീക്കിവച്ചിരിക്കുന്ന ലേഖനങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പര ഈ ലേഖനം ആരംഭിക്കുന്നു. PID ട്യൂണർ ആപ്ലിക്കേഷനുമായി എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കാമെന്ന് ഇന്ന് നമ്മൾ കണ്ടെത്തും.

ആമുഖം

ക്ലോസ്ഡ്-ലൂപ്പ് കൺട്രോൾ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ വ്യവസായത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഏറ്റവും ജനപ്രിയമായ തരം കൺട്രോളറുകൾ PID കൺട്രോളറുകളായി കണക്കാക്കാം. എഞ്ചിനീയർമാർ അവരുടെ വിദ്യാർത്ഥി ദിനങ്ങൾ മുതൽ കൺട്രോളറിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഘടനയും തത്വവും ഓർക്കുന്നുവെങ്കിൽ, അതിന്റെ കോൺഫിഗറേഷൻ, അതായത്. കൺട്രോളർ ഗുണകങ്ങളുടെ കണക്കുകൂട്ടൽ ഇപ്പോഴും ഒരു പ്രശ്നമാണ്. വിദേശവും (ഉദാഹരണത്തിന്, [1, 2]) ആഭ്യന്തരവും (ഉദാഹരണത്തിന്, [3, 4]) ധാരാളം സാഹിത്യങ്ങളുണ്ട്, അവിടെ റെഗുലേറ്ററുകളുടെ ക്രമീകരണം യാന്ത്രിക നിയന്ത്രണ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ സങ്കീർണ്ണമായ ഭാഷയിൽ വിശദീകരിക്കുന്നു.

ഇനിപ്പറയുന്നതുപോലുള്ള സിമുലിങ്ക് ടൂളുകൾ ഉപയോഗിച്ച് PID കൺട്രോളറുകൾ ട്യൂൺ ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഓട്ടോമേറ്റഡ് വഴികൾ ഈ ലേഖന പരമ്പര വിവരിക്കും:

• PID ട്യൂണർ
• പ്രതികരണ ഒപ്റ്റിമൈസർ
• കൺട്രോൾ സിസ്റ്റം ട്യൂണർ,
• ഫ്രീക്വൻസി റെസ്‌പോൺസ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള PID ട്യൂണർ,
• ക്ലോസ്ഡ്-ലൂപ്പ് PID ഓട്ടോട്യൂണർ.

സ്ഥിരമായ കാന്തങ്ങളാൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു ഡിസി മോട്ടോറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രിക് ഡ്രൈവ് ആയിരിക്കും നിയന്ത്രണ സംവിധാനത്തിന്റെ ഒബ്ജക്റ്റ്, ഇനിപ്പറയുന്ന പാരാമീറ്ററുകൾക്കൊപ്പം നിഷ്ക്രിയ ലോഡിനായി ഒരു ഗിയർബോക്സുമായി ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുന്നു:

• മോട്ടോർ വിതരണ വോൾട്ടേജ്, ;
• മോട്ടോർ ആർമേച്ചർ വിൻഡിംഗിന്റെ സജീവ പ്രതിരോധം, ;
• മോട്ടോർ ആർമേച്ചർ വിൻഡിംഗിന്റെ ഇൻഡക്റ്റീവ് റിയാക്‌ടൻസ്, ;
• എഞ്ചിൻ ടോർക്ക് കോഫിഫിഷ്യന്റ്, ;
• മോട്ടോർ റോട്ടറിന്റെ ജഡത്വത്തിന്റെ നിമിഷം, .

ലോഡും ഗിയർബോക്സും പാരാമീറ്ററുകൾ:

• ഭാരത്തിന്റെ ജഡത്വത്തിന്റെ നിമിഷം, ;
• ഗിയർ അനുപാതം, .

ലേഖനങ്ങളിൽ പ്രായോഗികമായി ഗണിത സൂത്രവാക്യങ്ങൾ അടങ്ങിയിട്ടില്ല, എന്നിരുന്നാലും, വായനക്കാരന് ഓട്ടോമാറ്റിക് കൺട്രോൾ സിദ്ധാന്തത്തിൽ അടിസ്ഥാന അറിവും അതുപോലെ തന്നെ നിർദ്ദിഷ്ട മെറ്റീരിയൽ മനസിലാക്കാൻ സിമുലിങ്ക് പരിതസ്ഥിതിയിൽ മോഡലിംഗ് അനുഭവവും ഉണ്ടായിരിക്കുന്നത് അഭികാമ്യമാണ്.

സിസ്റ്റം മോഡൽ

സെർവോ ഇലക്ട്രിക് ഡ്രൈവിന്റെ കോണീയ പ്രവേഗത്തിനായുള്ള ഒരു ലീനിയർ കൺട്രോൾ സിസ്റ്റം നമുക്ക് പരിഗണിക്കാം, അതിന്റെ ലളിതമായ ബ്ലോക്ക് ഡയഗ്രം ചുവടെ അവതരിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു.

നൽകിയിരിക്കുന്ന ഘടനയ്ക്ക് അനുസൃതമായി, സിമുലിങ്ക് പരിതസ്ഥിതിയിൽ അത്തരമൊരു സംവിധാനത്തിന്റെ മാതൃക നിർമ്മിച്ചു.

ഫിസിക്കൽ മോഡലിംഗ് ലൈബ്രറി ബ്ലോക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്ട്രിക് ഡ്രൈവിന്റെയും (ഇലക്ട്രിക് ആക്യുവേറ്റർ സബ്സിസ്റ്റം) ഇനർഷ്യൽ ലോഡിന്റെയും (ലോഡ് സബ്സിസ്റ്റം) മോഡലുകൾ സൃഷ്ടിച്ചു. സിംസ്കേപ്പ്:

• ഇലക്ട്രിക് ഡ്രൈവ് മോഡൽ,

• നിഷ്ക്രിയ ലോഡ് മോഡൽ.

ഇലക്ട്രിക് ഡ്രൈവ്, ലോഡ് മോഡലുകൾ എന്നിവയിൽ വിവിധ ഭൗതിക അളവുകളുടെ സെൻസർ സബ്സിസ്റ്റങ്ങളും ഉൾപ്പെടുന്നു:

• മോട്ടോറിന്റെ ആർമേച്ചർ വിൻഡിംഗിൽ ഒഴുകുന്ന വൈദ്യുതധാര (സബ്സിസ്റ്റം എ),

• അതിന്റെ വിൻഡിംഗിലെ വോൾട്ടേജ് (സബ്സിസ്റ്റം V),

• നിയന്ത്രണ വസ്തുവിന്റെ കോണീയ പ്രവേഗം (ഉപസിസ്റ്റം Ω).

PID കൺട്രോളറിന്റെ പാരാമീറ്ററുകൾ സജ്ജീകരിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, കൺട്രോളറിന്റെ ട്രാൻസ്ഫർ ഫംഗ്ഷൻ സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ട് നമുക്ക് കണക്കുകൂട്ടലിനായി മോഡൽ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാം. . 150 ആർപിഎം ഇൻപുട്ട് സിഗ്നലിനുള്ള സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ ചുവടെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

മുകളിലുള്ള ഗ്രാഫുകളുടെ വിശകലനത്തിൽ നിന്ന് ഇത് വ്യക്തമാണ്:

• നിയന്ത്രണ സംവിധാനത്തിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് കോർഡിനേറ്റ് നിർദ്ദിഷ്ട മൂല്യത്തിൽ എത്തുന്നില്ല, അതായത്. സിസ്റ്റത്തിൽ ഒരു സ്റ്റാറ്റിക് പിശക് ഉണ്ട്.
• മോട്ടോർ വിൻ‌ഡിംഗുകളിലെ വോൾട്ടേജ് സിമുലേഷന്റെ തുടക്കത്തിൽ 150 V മൂല്യത്തിൽ എത്തുന്നു, ഇത് അതിന്റെ വിൻഡിംഗുകൾക്ക് നാമമാത്രമായ (24 V) വോൾട്ടേജിനേക്കാൾ കൂടുതൽ വോൾട്ടേജ് വിതരണം ചെയ്യുന്നതിനാൽ അതിന്റെ പരാജയത്തിലേക്ക് നയിക്കും.

ഒരൊറ്റ പ്രേരണയോടുള്ള സിസ്റ്റത്തിന്റെ പ്രതികരണം ഇനിപ്പറയുന്ന ആവശ്യകതകൾ പാലിക്കണം:

• ഓവർഷൂട്ട് (ഓവർഷൂട്ട്) 10% ൽ കൂടരുത്,
• ഉയർച്ച സമയം 0.8 സെക്കൻഡിൽ കുറവ്,
• താൽക്കാലിക സമയം (സെറ്റിൽ ചെയ്യുന്ന സമയം) 2 സെക്കൻഡിൽ കുറവ്.

കൂടാതെ, റെഗുലേറ്റർ മോട്ടോർ വിൻ‌ഡിംഗിലേക്ക് വിതരണം ചെയ്യുന്ന വോൾട്ടേജ് വിതരണ വോൾട്ടേജിന്റെ മൂല്യത്തിലേക്ക് പരിമിതപ്പെടുത്തണം.

കൺട്രോളർ സജ്ജീകരിക്കുന്നു

ഉപകരണം ഉപയോഗിച്ച് കൺട്രോളർ പാരാമീറ്ററുകൾ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു PID ട്യൂണർ, ഇത് PID കൺട്രോളർ ബ്ലോക്ക് പാരാമീറ്ററുകൾ വിൻഡോയിൽ നേരിട്ട് ലഭ്യമാണ്.

ഒരു ബട്ടൺ അമർത്തിയാണ് ആപ്ലിക്കേഷൻ സമാരംഭിക്കുന്നത് ട്യൂൺ ചെയ്യുക...പാനലിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു ഓട്ടോമേറ്റഡ് ട്യൂണിംഗ്. കൺട്രോളർ പാരാമീറ്ററുകൾ സജ്ജീകരിക്കുന്ന ഘട്ടം നിർവ്വഹിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, അതിന്റെ തരം (പി, പിഐ, പിഡി മുതലായവ), അതുപോലെ തന്നെ അതിന്റെ തരം (അനലോഗ് അല്ലെങ്കിൽ ഡിസ്ക്രീറ്റ്) തിരഞ്ഞെടുക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്.

ആവശ്യകതകളിൽ ഒന്ന് അതിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് കോർഡിനേറ്റ് (മോട്ടോർ വിൻഡിംഗിലെ വോൾട്ടേജ്) പരിമിതപ്പെടുത്തുക എന്നതിനാൽ, അനുവദനീയമായ വോൾട്ടേജ് പരിധി വ്യക്തമാക്കണം. ഇതിനായി:

1. ടാബിലേക്ക് പോകുക ഔട്ട്പുട്ട് സാച്ചുറേഷൻ.
2. ഫ്ലാഗ് ബട്ടണിൽ ക്ലിക്ക് ചെയ്യുക ഔട്ട്പുട്ട് പരിമിതപ്പെടുത്തുക, അതിന്റെ ഫലമായി ഔട്ട്പുട്ട് മൂല്യ ശ്രേണിയുടെ മുകളിലെ (അപ്പർ ലിമിറ്റ്), ലോവർ (ലോവർ ലിമിറ്റ്) ബൗണ്ടറികൾ സജ്ജീകരിക്കുന്നതിനുള്ള ഫീൽഡുകൾ സജീവമാക്കി.
3. പരിധി അതിരുകൾ സജ്ജമാക്കുക.

സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഭാഗമായി റെഗുലേറ്റർ യൂണിറ്റിന്റെ ശരിയായ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഇന്റഗ്രൽ സാച്ചുറേഷൻ നേരിടാൻ ലക്ഷ്യമിട്ടുള്ള രീതികളുടെ ഉപയോഗം ഉൾപ്പെടുന്നു. ബ്ലോക്ക് രണ്ട് രീതികൾ നടപ്പിലാക്കുന്നു: ബാക്ക് കണക്കുകൂട്ടലും ക്ലാമ്പിംഗും. ഈ രീതികളെക്കുറിച്ചുള്ള വിശദമായ വിവരങ്ങൾ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു ഇവിടെ. രീതി തിരഞ്ഞെടുക്കൽ ഡ്രോപ്പ്-ഡൗൺ മെനു പാനലിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു ആന്റി-വിൻഡപ്പ്.

ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഞങ്ങൾ ഫീൽഡുകളിൽ 24, -24 മൂല്യങ്ങൾ എഴുതും ഉയർന്ന പരിധി и താഴ്ന്ന പരിധി അതനുസരിച്ച്, ഇന്റഗ്രൽ സാച്ചുറേഷൻ ഇല്ലാതാക്കാൻ ക്ലാമ്പിംഗ് രീതിയും ഉപയോഗിക്കുക.

റെഗുലേറ്റർ ബ്ലോക്കിന്റെ രൂപം മാറിയതായി നിങ്ങൾ ശ്രദ്ധിച്ചേക്കാം: ബ്ലോക്കിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് പോർട്ടിന് അടുത്തായി ഒരു സാച്ചുറേഷൻ ചിഹ്നം പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു.

അടുത്തതായി, ബട്ടൺ അമർത്തി എല്ലാ മാറ്റങ്ങളും അംഗീകരിക്കുക പ്രയോഗിക്കുക, ടാബിലേക്ക് മടങ്ങുക മെയിൻ и на жимаем кнопку ട്യൂൺ ചെയ്യുക..., ഇത് ഒരു പുതിയ PIDTuner ആപ്ലിക്കേഷൻ വിൻഡോ തുറക്കും.

വിൻഡോയുടെ ഗ്രാഫിക്കൽ ഏരിയയിൽ, രണ്ട് താൽക്കാലിക പ്രക്രിയകൾ പ്രദർശിപ്പിക്കും: കൺട്രോളറിന്റെ നിലവിലെ പാരാമീറ്ററുകൾക്കൊപ്പം, അതായത്. കോൺഫിഗർ ചെയ്യാത്ത കൺട്രോളറിനും സ്വയമേവ തിരഞ്ഞെടുത്ത മൂല്യങ്ങൾക്കും. ബട്ടണിൽ ക്ലിക്കുചെയ്തുകൊണ്ട് പുതിയ പാരാമീറ്റർ മൂല്യങ്ങൾ കാണാൻ കഴിയും പരാമീറ്ററുകൾ കാണിക്കുകടൂൾബാറിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. നിങ്ങൾ ബട്ടൺ അമർത്തുമ്പോൾ, രണ്ട് പട്ടികകൾ ദൃശ്യമാകും: കൺട്രോളറിന്റെ തിരഞ്ഞെടുത്ത പാരാമീറ്ററുകൾ (കൺട്രോളർ പാരാമീറ്ററുകൾ), തിരഞ്ഞെടുത്ത പാരാമീറ്ററുകൾ (പ്രകടനവും കരുത്തും) ഉപയോഗിച്ച് ക്ഷണികമായ പ്രക്രിയയുടെ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ വിലയിരുത്തൽ.

രണ്ടാമത്തെ പട്ടികയുടെ മൂല്യങ്ങളിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, സ്വപ്രേരിതമായി കണക്കാക്കിയ കൺട്രോളർ ഗുണകങ്ങൾ എല്ലാ ആവശ്യകതകളും നിറവേറ്റുന്നു.

ബട്ടണിന്റെ വലതുവശത്തുള്ള പച്ച ത്രികോണമുള്ള ബട്ടൺ അമർത്തിയാൽ റെഗുലേറ്റർ ക്രമീകരണം പൂർത്തിയാകും പരാമീറ്ററുകൾ കാണിക്കുക, അതിനുശേഷം പുതിയ പാരാമീറ്റർ മൂല്യങ്ങൾ PID കൺട്രോളർ ബ്ലോക്ക് പാരാമീറ്റർ ക്രമീകരണ വിൻഡോയിലെ അനുബന്ധ ഫീൽഡുകളിൽ യാന്ത്രികമായി മാറും.

നിരവധി ഇൻപുട്ട് സിഗ്നലുകൾക്കായി ട്യൂൺ ചെയ്ത കൺട്രോളർ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു സിസ്റ്റം അനുകരിക്കുന്നതിന്റെ ഫലങ്ങൾ ചുവടെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉയർന്ന ഇൻപുട്ട് സിഗ്നൽ ലെവലിൽ (ബ്ലൂ ലൈൻ), സിസ്റ്റം വോൾട്ടേജ് സാച്ചുറേഷൻ മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കും.

PID ട്യൂണർ ടൂൾ ഒരു ലീനിയറൈസ്ഡ് മോഡലിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി കൺട്രോളർ ഗുണകങ്ങളെ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു, അതിനാൽ ഒരു നോൺ-ലീനിയർ മോഡലിലേക്ക് മാറുമ്പോൾ, അതിന്റെ പാരാമീറ്ററുകൾ വ്യക്തമാക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, നിങ്ങൾക്ക് ആപ്ലിക്കേഷൻ ഉപയോഗിക്കാം പ്രതികരണ ഒപ്റ്റിമൈസർ.

സാഹിത്യം

1. PI, PID കൺട്രോളർ ട്യൂണിംഗ് നിയമങ്ങളുടെ കൈപ്പുസ്തകം. എയ്ഡൻ ഒ'ഡ്വയർ
2. MATLAB, Simulink ഉപയോഗിച്ച് PID കൺട്രോൾ സിസ്റ്റം ഡിസൈനും ഓട്ടോമാറ്റിക് ട്യൂണിംഗും. വാങ് എൽ.
3. കർശനമല്ലാത്ത രൂപത്തിൽ PID നിയന്ത്രണം. കാർപോവ് വി.ഇ.
4. PID കൺട്രോളറുകൾ. നടപ്പാക്കൽ പ്രശ്നങ്ങൾ. ഭാഗങ്ങൾ 1, 2. ഡെനിസെങ്കോ വി.

അവലംബം: www.habr.com