PID नियन्त्रकहरू सेट अप गर्दै: के शैतान जत्तिकै डरलाग्दो छ कि उनीहरूले उसलाई बनाउँछन्? भाग १. एकल-सर्किट प्रणाली

यस लेखले सिमुलिंक वातावरणमा PID नियन्त्रकहरू ट्युन गर्नका लागि स्वचालित विधिहरूमा समर्पित लेखहरूको श्रृंखला सुरु गर्छ। आज हामी PID Tuner अनुप्रयोगसँग कसरी काम गर्ने भनेर पत्ता लगाउनेछौं।

परिचय

बन्द-लूप नियन्त्रण प्रणालीहरूमा उद्योगमा प्रयोग हुने सबैभन्दा लोकप्रिय प्रकारका नियन्त्रकहरूलाई PID नियन्त्रकहरू मान्न सकिन्छ। र यदि इन्जिनियरहरूले उनीहरूको विद्यार्थी दिनदेखि नियन्त्रकको सञ्चालनको संरचना र सिद्धान्त सम्झन्छन्, त्यसपछि यसको कन्फिगरेसन, अर्थात्। नियन्त्रक गुणांक गणना अझै एक समस्या छ। विदेशी (उदाहरणका लागि, [१, २]) र स्वदेशी (उदाहरणका लागि, [३, ४]) साहित्यको ठूलो मात्रा छ, जहाँ नियामकहरूको समायोजनलाई स्वचालित नियन्त्रण सिद्धान्तको जटिल भाषामा व्याख्या गरिएको छ।

लेखहरूको यो श्रृंखलाले सिमुलिंक उपकरणहरू प्रयोग गरेर PID नियन्त्रकहरूलाई ट्युन गर्ने स्वचालित तरिकाहरू वर्णन गर्नेछ जस्तै:

• PID ट्युनर
• प्रतिक्रिया अनुकूलक
• नियन्त्रण प्रणाली ट्युनर,
• आवृत्ति प्रतिक्रिया आधारित PID ट्युनर,
• बन्द-लूप PID Autotuner।

नियन्त्रण प्रणालीको वस्तु स्थायी चुम्बकहरूद्वारा उत्तेजित डीसी मोटरमा आधारित इलेक्ट्रिक ड्राइभ हुनेछ, निम्न प्यारामिटरहरूको साथ, इनर्टियल लोडको लागि गियरबक्सको साथ काम गर्दै:

• मोटर आपूर्ति भोल्टेज, ;
• मोटर आर्मेचर घुमावदार को सक्रिय प्रतिरोध, ;
• मोटर आर्मेचर घुमावदार को आगमनात्मक प्रतिक्रिया, ;
• इन्जिन टोक़ गुणांक, ;
• मोटर रोटर को जडत्व को क्षण, .

लोड र गियरबक्स प्यारामिटरहरू:

• भारको जडत्वको क्षण, ;
• गियर अनुपात, .

लेखहरूले व्यावहारिक रूपमा गणितीय सूत्रहरू समावेश गर्दैन, तथापि, यो वांछनीय छ कि पाठकलाई स्वचालित नियन्त्रणको सिद्धान्तमा आधारभूत ज्ञान छ, साथै प्रस्तावित सामग्री बुझ्न सिमुलिंक वातावरणमा मोडेलिङमा अनुभव छ।

प्रणाली मोडेल

सर्वो इलेक्ट्रिक ड्राइभको कोणीय वेगको लागि रैखिक नियन्त्रण प्रणालीलाई विचार गरौं, जसको एक सरल ब्लक रेखाचित्र तल प्रस्तुत गरिएको छ।

दिइएको संरचना अनुसार, यस्तो प्रणाली को एक मोडेल Simulink वातावरण मा निर्माण गरिएको थियो।

इलेक्ट्रिक ड्राइभका मोडेलहरू (विद्युत एक्चुएटर सबसिस्टम) र इनर्टियल लोड (लोड सबसिस्टम) भौतिक मोडलिङ लाइब्रेरी ब्लकहरू प्रयोग गरेर सिर्जना गरिएको थियो। सिमस्केप:

• इलेक्ट्रिक ड्राइव मोडेल,

• inertial लोड मोडेल।

इलेक्ट्रिक ड्राइभ र लोड मोडेलहरूले विभिन्न भौतिक मात्राहरूको सेन्सर उपप्रणालीहरू पनि समावेश गर्दछ:

• मोटरको आर्मेचर वाइन्डिङमा प्रवाह हुने धारा (सबसिस्टम ए),

• यसको घुमाउरो भोल्टेज (उपप्रणाली V),

• नियन्त्रण वस्तुको कोणीय वेग (उपप्रणाली Ω)।

PID नियन्त्रकको प्यारामिटरहरू सेट गर्नु अघि, नियन्त्रकको स्थानान्तरण प्रकार्य स्वीकार गर्दै, गणनाको लागि मोडेल चलाउनुहोस्। । 150 rpm को इनपुट संकेतको लागि सिमुलेशन परिणामहरू तल देखाइएको छ।

माथिका ग्राफहरूको विश्लेषणबाट यो स्पष्ट हुन्छ कि:

• नियन्त्रण प्रणालीको आउटपुट समन्वय निर्दिष्ट मानमा पुग्दैन, अर्थात्। प्रणालीमा स्थिर त्रुटि छ।
• मोटर विन्डिङहरूमा भोल्टेज सिमुलेशनको सुरुमा 150 V को मानमा पुग्छ, जसले यसको विन्डिङहरूमा नाममात्र (24 V) भन्दा ठूलो भोल्टेजको आपूर्तिको कारणले यसको विफलताको नेतृत्व गर्नेछ।

एकल आवेगमा प्रणालीको प्रतिक्रियाले निम्न आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ:

• ओभरशूट (ओभरशूट) १०% भन्दा बढी,
• उठ्ने समय ०.८ सेकेन्ड भन्दा कम,
• क्षणिक समय (सेटलिङ समय) 2 s भन्दा कम।

थप रूपमा, नियामकले मोटर घुमाउरोमा आपूर्ति भोल्टेजलाई आपूर्ति भोल्टेजको मूल्यमा सीमित गर्नुपर्छ।

नियन्त्रक स्थापना गर्दै

कन्ट्रोलर प्यारामिटरहरू उपकरण प्रयोग गरेर कन्फिगर गरिएको छ PID ट्युनर, जुन सिधै PID कन्ट्रोलर ब्लक प्यारामिटर विन्डोमा उपलब्ध छ।

अनुप्रयोग बटन थिचेर सुरु गरिएको छ धुन…प्यानल मा स्थित स्वचालित ट्युनिङ। यो ध्यान दिन लायक छ कि नियन्त्रक प्यारामिटरहरू सेटिङ चरण प्रदर्शन गर्नु अघि, यो यसको प्रकार (P, PI, PD, आदि), साथै यसको प्रकार (एनालग वा असत्य) चयन गर्न आवश्यक छ।

आवश्यकताहरु मध्ये एक यसको आउटपुट समन्वय (मोटर घुमाउरो मा भोल्टेज) को सीमित गर्न को लागी, अनुमति भोल्टेज दायरा निर्दिष्ट गरिनु पर्छ। यसका लागि:

1. ट्याबमा जानुहोस् आउटपुट संतृप्ति.
2. झण्डा बटनमा क्लिक गर्नुहोस् आउटपुट सीमित गर्नुहोस्, जसको फलस्वरूप आउटपुट मान दायराको माथिल्लो (माथिल्लो सीमा) र तल्लो (तल्लो सीमा) सीमाहरू सेट गर्ने क्षेत्रहरू सक्रिय हुन्छन्।
3. दायरा सीमाहरू सेट गर्नुहोस्।

प्रणालीको भागको रूपमा नियामक एकाइको सही सञ्चालनमा अभिन्न संतृप्ति विरुद्ध लड्ने उद्देश्यका विधिहरूको प्रयोग समावेश छ। ब्लकले दुईवटा विधिहरू लागू गर्दछ: ब्याक-गणना र क्ल्याम्पिङ। यी विधिहरूको बारेमा विस्तृत जानकारी अवस्थित छ यहाँ। विधि चयन ड्रप-डाउन मेनु प्यानलमा अवस्थित छ एन्टी विन्डअप.

यस अवस्थामा, हामी फिल्डहरूमा मान 24 र -24 लेख्नेछौं माथिल्लो सीमा и तल्लो सीमा तदनुसार, र अभिन्न संतृप्ति हटाउन क्ल्याम्पिङ विधि पनि प्रयोग गर्नुहोस्।

तपाईले देख्न सक्नुहुन्छ कि नियामक ब्लकको उपस्थिति परिवर्तन भएको छ: ब्लकको आउटपुट पोर्टको छेउमा एक संतृप्ति चिन्ह देखा परेको छ।

अर्को, बटन थिचेर सबै परिवर्तनहरू स्वीकार गर्नुहोस् लागू, ट्याबमा फर्कनुहोस् मुख्य нажимаем धुन…, जसले नयाँ PIDTuner अनुप्रयोग विन्डो खोल्नेछ।

सञ्झ्यालको ग्राफिकल क्षेत्रमा, दुई क्षणिक प्रक्रियाहरू प्रदर्शित हुन्छन्: नियन्त्रकको हालको प्यारामिटरहरू, अर्थात्। कन्फिगर नगरिएको नियन्त्रकको लागि, र स्वचालित रूपमा चयन गरिएका मानहरूको लागि। नयाँ प्यारामिटर मानहरू बटन क्लिक गरेर हेर्न सकिन्छ प्यारामिटरहरू देखाउनुहोस्उपकरणपट्टी मा स्थित। जब तपाइँ बटन थिच्नुहुन्छ, दुईवटा तालिकाहरू देखा पर्नेछ: नियन्त्रकका चयन गरिएका प्यारामिटरहरू (नियन्त्रक प्यारामिटरहरू) र चयन गरिएका प्यारामिटरहरू (कार्यसम्पादन र मजबुतता) सँग क्षणिक प्रक्रियाका विशेषताहरूको मूल्याङ्कन।

दोस्रो तालिकाको मानहरूबाट देख्न सकिन्छ, स्वचालित रूपमा गणना गरिएको नियन्त्रक गुणांकले सबै आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ।

नियामक सेटिङ बटनको दायाँमा अवस्थित हरियो त्रिकोणको साथ बटन थिचेर पूरा हुन्छ प्यारामिटरहरू देखाउनुहोस्, जस पछि नयाँ प्यारामिटर मानहरू स्वचालित रूपमा PID कन्ट्रोलर ब्लक प्यारामिटर सेटिङ्स विन्डोमा सम्बन्धित क्षेत्रहरूमा परिवर्तन हुनेछ।

धेरै इनपुट संकेतहरूको लागि ट्युन गरिएको नियन्त्रकको साथ प्रणाली सिमुलेट गर्ने परिणामहरू तल देखाइएको छ। उच्च इनपुट संकेत स्तरहरूमा (नीलो रेखा), प्रणाली भोल्टेज संतृप्ति मोडमा सञ्चालन हुनेछ।

नोट गर्नुहोस् कि PID ट्युनर उपकरणले रेखीय मोडेलको आधारमा नियन्त्रक गुणांकहरू चयन गर्दछ, त्यसैले जब गैररेखीय मोडेलमा सर्दा, यसको प्यारामिटरहरू स्पष्ट गर्न आवश्यक छ। यस अवस्थामा, तपाईं अनुप्रयोग प्रयोग गर्न सक्नुहुन्छ प्रतिक्रिया अनुकूलक.

साहित्य

1. PI र PID नियन्त्रक ट्युनिङ नियमहरूको ह्यान्डबुक। Aidan O'Dwyer
2. PID नियन्त्रण प्रणाली डिजाइन र MATLAB, Simulink प्रयोग गरेर स्वचालित ट्युनिङ। वाङ एल।
3. PID नियन्त्रण गैर-सख्त फारममा। कार्पोभ V.E.
4. PID नियन्त्रकहरू। कार्यान्वयन मुद्दाहरू। भाग १, २. डेनिसेन्को वी।

स्रोत: www.habr.com