पीआयडी कंट्रोलर सेट करणे: सैतान जितका भयंकर आहे तितकाच ते त्याला बाहेर काढतात? भाग 1. सिंगल-सर्किट प्रणाली

हा लेख सिमुलिंक वातावरणात पीआयडी कंट्रोलर ट्यूनिंग करण्यासाठी स्वयंचलित पद्धतींना समर्पित लेखांची मालिका सुरू करतो. आज आपण PID ट्यूनर ऍप्लिकेशनसह कसे कार्य करावे ते शोधू.

परिचय

क्लोज-लूप कंट्रोल सिस्टीममध्ये उद्योगात वापरलेले सर्वात लोकप्रिय प्रकारचे नियंत्रक पीआयडी नियंत्रक मानले जाऊ शकतात. आणि जर अभियंत्यांना त्यांच्या विद्यार्थी दिवसांपासून नियंत्रकाची रचना आणि ऑपरेशनचे तत्त्व लक्षात असेल, तर त्याचे कॉन्फिगरेशन, म्हणजे. कंट्रोलर गुणांकांची गणना अजूनही एक समस्या आहे. परदेशी (उदाहरणार्थ, [१, २]) आणि देशांतर्गत (उदाहरणार्थ, [३, ४]) मोठ्या प्रमाणावर साहित्य आहे, जेथे नियामकांचे समायोजन स्वयंचलित नियंत्रण सिद्धांताच्या ऐवजी क्लिष्ट भाषेत स्पष्ट केले आहे.

लेखांची ही मालिका सिमुलिंक टूल्स वापरून पीआयडी कंट्रोलर ट्यून करण्याच्या स्वयंचलित मार्गांचे वर्णन करेल जसे की:

• पीआयडी ट्यूनर
• प्रतिसाद ऑप्टिमायझर
• कंट्रोल सिस्टम ट्यूनर,
• वारंवारता प्रतिसाद आधारित पीआयडी ट्यूनर,
• बंद-लूप पीआयडी ऑटोट्यूनर.

कंट्रोल सिस्टीमचा ऑब्जेक्ट स्थायी चुंबकांद्वारे उत्तेजित डीसी मोटरवर आधारित इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह असेल, खालील पॅरामीटर्ससह जडत्व लोडसाठी गियरबॉक्ससह एकत्र काम करेल:

• मोटर पुरवठा व्होल्टेज, ;
• मोटर आर्मेचर विंडिंगचा सक्रिय प्रतिकार, ;
• मोटर आर्मेचर विंडिंगची प्रेरक अभिक्रिया, ;
• इंजिन टॉर्क गुणांक, ;
• मोटर रोटरच्या जडत्वाचा क्षण, .

लोड आणि गिअरबॉक्स पॅरामीटर्स:

• भाराच्या जडत्वाचा क्षण, ;
• गियर प्रमाण, .

लेखांमध्ये व्यावहारिकरित्या गणितीय सूत्रे नसतात, तथापि, प्रस्तावित सामग्री समजून घेण्यासाठी वाचकाला स्वयंचलित नियंत्रणाच्या सिद्धांताचे मूलभूत ज्ञान तसेच सिमुलिंक वातावरणात मॉडेलिंगचा अनुभव असणे इष्ट आहे.

सिस्टम मॉडेल

सर्वो इलेक्ट्रिक ड्राइव्हच्या कोनीय वेगासाठी रेखीय नियंत्रण प्रणालीचा विचार करूया, ज्याचा एक सरलीकृत ब्लॉक आकृती खाली सादर केला आहे.

दिलेल्या संरचनेच्या अनुषंगाने, अशा प्रणालीचे मॉडेल सिमुलिंक वातावरणात तयार केले गेले.

फिजिकल मॉडेलिंग लायब्ररी ब्लॉक्सचा वापर करून इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह (इलेक्ट्रिक अॅक्ट्युएटर सबसिस्टम) आणि जडत्व लोड (लोड सबसिस्टम) चे मॉडेल तयार केले गेले. सिमस्केप:

• इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह मॉडेल,

• जडत्व लोड मॉडेल.

इलेक्ट्रिक ड्राईव्ह आणि लोड मॉडेल्समध्ये विविध भौतिक प्रमाणात सेन्सर उपप्रणाली देखील समाविष्ट आहेत:

• मोटरच्या आर्मेचर विंडिंगमध्ये वाहणारा प्रवाह (सबसिस्टम ए),

• त्याच्या वळणावर व्होल्टेज (उपप्रणाली V),

• नियंत्रण ऑब्जेक्टचा कोनीय वेग (उपप्रणाली Ω).

पीआयडी कंट्रोलरचे पॅरामीटर्स सेट करण्यापूर्वी, कंट्रोलरचे ट्रान्सफर फंक्शन स्वीकारून गणनेसाठी मॉडेल चालवू. . 150 rpm च्या इनपुट सिग्नलसाठी सिम्युलेशन परिणाम खाली दर्शविले आहेत.

वरील आलेखांच्या विश्लेषणावरून हे स्पष्ट होते की:

• नियंत्रण प्रणालीचे आउटपुट समन्वय निर्दिष्ट मूल्यापर्यंत पोहोचत नाही, म्हणजे. सिस्टममध्ये एक स्थिर त्रुटी आहे.
• मोटर विंडिंग्सवरील व्होल्टेज सिम्युलेशनच्या सुरूवातीस 150 V च्या मूल्यापर्यंत पोहोचते, जे त्याच्या विंडिंग्सला नाममात्र (24 V) पेक्षा जास्त व्होल्टेजच्या पुरवठ्यामुळे त्याचे अपयशी ठरेल.

एका आवेगाला सिस्टमच्या प्रतिसादाने खालील आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत:

• ओव्हरशूट (ओव्हरशूट) 10% पेक्षा जास्त नाही,
• उदय वेळ 0.8 s पेक्षा कमी,
• क्षणिक वेळ (सेटलिंग वेळ) 2 s पेक्षा कमी.

याव्यतिरिक्त, रेग्युलेटरने मोटर विंडिंगला पुरवलेल्या व्होल्टेजला पुरवठा व्होल्टेजच्या मूल्यापर्यंत मर्यादित करणे आवश्यक आहे.

कंट्रोलर सेट करत आहे

कंट्रोलर पॅरामीटर्स टूल वापरून कॉन्फिगर केले आहेत पीआयडी ट्यूनर, जे थेट PID कंट्रोलर ब्लॉक पॅरामीटर्स विंडोमध्ये उपलब्ध आहे.

एक बटण दाबून अॅप्लिकेशन लॉन्च केले जाते ट्यून…पॅनेलवर स्थित आहे स्वयंचलित ट्यूनिंग. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की कंट्रोलर पॅरामीटर्स सेट करण्याचा टप्पा पार पाडण्यापूर्वी, त्याचा प्रकार (पी, पीआय, पीडी, इ.), तसेच त्याचा प्रकार (एनालॉग किंवा स्वतंत्र) निवडणे आवश्यक आहे.

आवश्यकतांपैकी एक म्हणजे त्याचे आउटपुट समन्वय (मोटर विंडिंगवरील व्होल्टेज) मर्यादित करणे, परवानगीयोग्य व्होल्टेज श्रेणी निर्दिष्ट करणे आवश्यक आहे. यासाठी:

1. टॅबवर जा आउटपुट संपृक्तता.
2. ध्वज बटणावर क्लिक करा आउटपुट मर्यादित करा, परिणामी आउटपुट मूल्य श्रेणीच्या वरच्या (उच्च मर्यादा) आणि खालच्या (कमी मर्यादा) सीमा सेट करण्यासाठी फील्ड सक्रिय केले जातात.
3. श्रेणी सीमा सेट करा.

सिस्टमचा एक भाग म्हणून रेग्युलेटर युनिटच्या योग्य ऑपरेशनमध्ये अविभाज्य संपृक्ततेचा सामना करण्याच्या उद्देशाने पद्धतींचा वापर समाविष्ट आहे. ब्लॉक दोन पद्धती लागू करतो: बॅक-गणना आणि क्लॅम्पिंग. या पद्धतींबद्दल तपशीलवार माहिती स्थित आहे येथे. पद्धत निवड ड्रॉप-डाउन मेनू पॅनेलवर स्थित आहे विरोधी windup.

या प्रकरणात, आम्ही फील्डमध्ये 24 आणि -24 मूल्ये लिहू वरची मर्यादा и कमी मर्यादा त्यानुसार, आणि अविभाज्य संपृक्तता दूर करण्यासाठी क्लॅम्पिंग पद्धत देखील वापरा.

तुमच्या लक्षात येईल की रेग्युलेटर ब्लॉकचे स्वरूप बदलले आहे: ब्लॉकच्या आउटपुट पोर्टच्या पुढे एक संपृक्तता चिन्ह दिसू लागले आहे.

पुढे, बटण दाबून सर्व बदल स्वीकारा लागू करा, टॅबवर परत या मुख्य आणि нажимаем кнопку ट्यून…, जे एक नवीन PIDTuner अनुप्रयोग विंडो उघडेल.

विंडोच्या ग्राफिकल क्षेत्रामध्ये, दोन क्षणिक प्रक्रिया प्रदर्शित केल्या जातात: कंट्रोलरच्या वर्तमान पॅरामीटर्ससह, म्हणजे. कॉन्फिगर न केलेल्या कंट्रोलरसाठी आणि स्वयंचलितपणे निवडलेल्या मूल्यांसाठी. बटणावर क्लिक करून नवीन पॅरामीटर मूल्ये पाहिली जाऊ शकतात पॅरामीटर्स दाखवाटूलबारवर स्थित आहे. जेव्हा तुम्ही बटण दाबाल, तेव्हा दोन टेबल दिसतील: कंट्रोलरचे निवडलेले पॅरामीटर्स (कंट्रोलर पॅरामीटर्स) आणि निवडलेल्या पॅरामीटर्ससह क्षणिक प्रक्रियेच्या वैशिष्ट्यांचे मूल्यांकन (कार्यप्रदर्शन आणि मजबूतपणा).

दुसऱ्या सारणीच्या मूल्यांवरून पाहिले जाऊ शकते, स्वयंचलितपणे गणना केलेले नियंत्रक गुणांक सर्व आवश्यकता पूर्ण करतात.

बटणाच्या उजवीकडे असलेल्या हिरव्या त्रिकोणासह बटण दाबून नियामक सेटिंग पूर्ण होते पॅरामीटर्स दाखवा, ज्यानंतर नवीन पॅरामीटर मूल्ये पीआयडी कंट्रोलर ब्लॉक पॅरामीटर सेटिंग्ज विंडोमधील संबंधित फील्डमध्ये स्वयंचलितपणे बदलतील.

अनेक इनपुट सिग्नलसाठी ट्यून केलेल्या कंट्रोलरसह सिस्टमचे अनुकरण करण्याचे परिणाम खाली दर्शविले आहेत. उच्च इनपुट सिग्नल स्तरांवर (ब्लू लाइन), सिस्टम व्होल्टेज सॅच्युरेशन मोडमध्ये कार्य करेल.

लक्षात घ्या की पीआयडी ट्यूनर टूल रेखीय मॉडेलवर आधारित कंट्रोलर गुणांक निवडते, म्हणून नॉनलाइनर मॉडेलकडे जाताना, त्याचे पॅरामीटर्स स्पष्ट करणे आवश्यक आहे. या प्रकरणात, आपण अनुप्रयोग वापरू शकता प्रतिसाद ऑप्टिमायझर.

साहित्य

1. पीआय आणि पीआयडी कंट्रोलर ट्यूनिंग नियमांचे हँडबुक. एडन ओडवायर
2. MATLAB, Simulink वापरून PID कंट्रोल सिस्टम डिझाइन आणि स्वयंचलित ट्यूनिंग. वांग एल.
3. कठोर नसलेल्या स्वरूपात पीआयडी नियंत्रण. कार्पोव्ह व्ही.ई.
4. पीआयडी नियंत्रक. अंमलबजावणी समस्या. भाग 1, 2. डेनिसेन्को व्ही.

स्त्रोत: www.habr.com