Artikel ini memulakan satu siri artikel yang dikhaskan untuk kaedah automatik untuk menala pengawal PID dalam persekitaran Simulink. Hari ini kita akan memikirkan cara untuk bekerja dengan aplikasi PID Tuner.
Pengenalan
Jenis pengawal yang paling popular digunakan dalam industri dalam sistem kawalan gelung tertutup boleh dianggap sebagai pengawal PID. Dan jika jurutera mengingati struktur dan prinsip operasi pengawal dari zaman pelajar mereka, maka konfigurasinya, i.e. pengiraan pekali pengawal masih menjadi masalah. Terdapat sejumlah besar literatur, kedua-dua asing (contohnya, [1, 2]) dan domestik (contohnya, [3, 4]), di mana pelarasan pengawal selia dijelaskan dalam bahasa teori kawalan automatik yang agak rumit.
Siri artikel ini akan menerangkan cara automatik untuk menala pengawal PID menggunakan alat Simulink seperti:
- Penala PID
- Pengoptimum Respons
- Penala Sistem Kawalan,
- Penala PID Berdasarkan Respons Kekerapan,
- Autotala PID Gelung Tertutup.
Objek sistem kawalan akan menjadi pemacu elektrik berdasarkan motor DC yang teruja oleh magnet kekal, bekerja bersama-sama dengan kotak gear untuk beban inersia, dengan parameter berikut:
- voltan bekalan motor, ;
- rintangan aktif belitan angker motor, ;
- tindak balas induktif belitan angker motor, ;
- pekali tork enjin, ;
- momen inersia pemutar motor, .
Parameter beban dan kotak gear:
- momen inersia beban, ;
- nisbah gear, .
Artikel-artikel tersebut secara praktikalnya tidak mengandungi formula matematik, bagaimanapun, adalah wajar pembaca mempunyai pengetahuan asas dalam teori kawalan automatik, serta pengalaman dalam pemodelan dalam persekitaran Simulink untuk memahami bahan yang dicadangkan.
Model sistem
Mari kita pertimbangkan sistem kawalan linear untuk halaju sudut pemacu elektrik servo, gambar rajah blok yang dipermudahkan yang dibentangkan di bawah.
Selaras dengan struktur yang diberikan, model sistem sedemikian telah dibina dalam persekitaran Simulink.
Model pemacu elektrik (subsistem penggerak elektrik) dan beban inersia (subsistem beban) dicipta menggunakan blok perpustakaan pemodelan fizikal :
- model pemacu elektrik,
- model beban inersia.
Model pemacu dan beban elektrik juga termasuk subsistem penderia pelbagai kuantiti fizikal:
- arus yang mengalir dalam belitan angker motor (subsistem A),
- voltan pada belitannya (subsistem V),
- halaju sudut objek kawalan (subsistem Ξ©).
Sebelum menetapkan parameter pengawal PID, mari jalankan model untuk pengiraan, menerima fungsi pemindahan pengawal . Keputusan simulasi untuk isyarat input 150 rpm ditunjukkan di bawah.
Daripada analisis graf di atas jelas bahawa:
- Koordinat keluaran sistem kawalan tidak mencapai nilai yang ditentukan, i.e. Terdapat ralat statik dalam sistem.
- Voltan pada belitan motor mencapai nilai 150 V pada permulaan simulasi, yang akan menyebabkan kegagalannya disebabkan oleh bekalan voltan yang lebih besar daripada yang nominal (24 V) kepada belitannya.
Biarkan tindak balas sistem kepada satu impuls mesti memenuhi keperluan berikut:
- overshoot (Overshoot) tidak lebih daripada 10%,
- Masa naik kurang daripada 0.8 saat,
- Masa sementara (Settling time) kurang daripada 2 s.
Di samping itu, pengawal selia mesti mengehadkan voltan yang dibekalkan kepada penggulungan motor kepada nilai voltan bekalan.
Menyediakan pengawal
Parameter pengawal dikonfigurasikan menggunakan alat , yang tersedia terus dalam tetingkap parameter blok Pengawal PID.
Aplikasi dilancarkan dengan menekan butang Nadaβ¦terletak pada panel Penalaan automatik. Perlu diingat bahawa sebelum melakukan peringkat menetapkan parameter pengawal, perlu memilih jenisnya (P, PI, PD, dll.), Serta jenisnya (analog atau diskret).
Oleh kerana salah satu keperluan adalah untuk mengehadkan koordinat keluarannya (voltan pada penggulungan motor), julat voltan yang dibenarkan harus ditentukan. Untuk ini:
- Pergi ke tab Ketepuan Output.
- Klik pada butang bendera Hadkan keluaran, akibatnya medan untuk menetapkan sempadan atas (had atas) dan bawah (had bawah) julat nilai output diaktifkan.
- Tetapkan sempadan julat.
Operasi yang betul bagi unit pengawal selia sebagai sebahagian daripada sistem melibatkan penggunaan kaedah yang bertujuan untuk memerangi ketepuan integral. Blok melaksanakan dua kaedah: pengiraan belakang dan pengapit. Maklumat terperinci tentang kaedah ini terdapat . Menu lungsur pemilihan kaedah terletak pada panel Anti-windup.
Dalam kes ini, kami akan menulis nilai 24 dan -24 dalam medan Had atas ΠΈ Had yang lebih rendah sewajarnya, dan juga menggunakan kaedah pengapit untuk menghapuskan ketepuan kamiran.
Anda mungkin perasan bahawa kemunculan blok pengawal selia telah berubah: tanda tepu telah muncul di sebelah port keluaran blok.
Seterusnya, terima semua perubahan dengan menekan butang Memohon, kembali ke tab Utama dan tekan butang Nadaβ¦, yang akan membuka tetingkap aplikasi PIDTuner baharu.
Di kawasan grafik tetingkap, dua proses sementara dipaparkan: dengan parameter semasa pengawal, i.e. untuk pengawal yang tidak dikonfigurasikan, dan untuk nilai yang dipilih secara automatik. Nilai parameter baharu boleh dilihat dengan mengklik butang Tunjukkan Parameterterletak pada bar alat. Apabila anda menekan butang, dua jadual akan muncul: parameter pengawal yang dipilih (Parameter Pengawal) dan penilaian ciri-ciri proses sementara dengan parameter yang dipilih (Prestasi dan Kekukuhan).
Seperti yang dapat dilihat dari nilai jadual kedua, pekali pengawal yang dikira secara automatik memenuhi semua keperluan.
Tetapan pengawal selia diselesaikan dengan menekan butang dengan segitiga hijau yang terletak di sebelah kanan butang Tunjukkan Parameter, selepas itu nilai parameter baharu akan berubah secara automatik dalam medan yang sepadan dalam tetingkap tetapan parameter blok Pengawal PID.
Keputusan simulasi sistem dengan pengawal yang ditala untuk beberapa isyarat input ditunjukkan di bawah. Pada tahap isyarat input tinggi (garisan biru), sistem akan beroperasi dalam mod ketepuan voltan.
Ambil perhatian bahawa alat Penala PID memilih pekali pengawal berdasarkan model linear, jadi apabila beralih kepada model tak linear, adalah perlu untuk menjelaskan parameternya. Dalam kes ini, anda boleh menggunakan aplikasi .
Kesusasteraan
- Buku Panduan Peraturan Penalaan Pengawal PI dan PID. Aidan O'Dwyer
- Reka Bentuk Sistem Kawalan PID dan Penalaan Automatik menggunakan MATLAB, Simulink. Wang L.
- Kawalan PID dalam bentuk yang tidak ketat. Karpov V.E.
- pengawal PID. Isu pelaksanaan. Bahagian 1, 2. Denisenko V.
Sumber: www.habr.com