Kyë kjo artikull hap një cikël artikujsh që i kushtohen mënyrave automatizuese të konfigurimit të PID-regulatoreve në ambientin Simulink. Sot do të shqyrtojmë se si të punojmë me aplikacionin PID Tuner.
Hyrje
Lloji më i popullarizuar i regulatorëve të përdorur në industri në sistemet e menaxhimit të sistemeve të mbyllura janë PID-regulatorët. Dhe, ndërsa inxhinierët e kujtojnë strukturën dhe parimin e funksionimit të kontrolluesit që nga ditët e shkollës, konfiguroja e tij, pra llogaritja e koeficientëve të regulatorit, vazhdon të mbetet një problem. Ekziston një sasi e madhe literaturë, si ajo të huaj (për shembull, [1, 2]), ashtu edhe ajo vendase (për shembull, [3, 4]), ku konfiguroja e regulatorëve shpjegohet në një gjuhë të mjaft të komplikuar të teorisë së automatikës.
Në këtë seri artikujsh do të përshkruhen mënyrat automatizuese të konfigurimit të PID-regulatoreve duke përdorur mjete nga ambienti Simulink, si p.sh.:
- PID Tuner,
- Response Optimizer,
- Control System Tuner,
- Frequency Response Based PID Tuner,
- Closed-Loop PID Autotuner.
Si objekti i sistemit të menaxhimit do të shërbejë si një elektrorim për bazën e motorit me rrymë të vazhdueshme me magnetë të qëndrueshëm, që punon në bashkëpunim me një reduktor për ngarkesë inerciale, me parametrat e mëposhtëm:
- tensioni i furnizimit të motorit,
; - rezistenca aktive e bobinës së anodës së motorit, ;
- rezistenca induktive e bobinës së anodës së motorit, ;
- koeficienti i momentit të motorit, ;
- momentin e inercisë së rotorit të motorit, .
; 
; 
; 
; 
.Parametrat e ngarkesës dhe reduktorit:
- momenti i inercisë së ngarkesës, ;
- raporti i reduktimit të reduktorit, .
; 
.Artikujt praktike nuk përmbajnë formularë matematikorë, megjithatë është e dëshirueshme që lexuesi të ketë njohuri bazike në teorinë e menaxhimit automat dhe të ketë përvojë në modelimin në ambientin Simulink për të kuptuar materialin e propozuar.
Modeli i sistemit
Le të shqyrtojmë një sistem linear të menaxhimit të shpejtësisë këndore të elektrorimit ndjekës, skema strukturore e thjeshtuar e të cilit është paraqitur më poshtë.
Në përputhje me strukturën e përmendur, në ambientin Simulink është ndërtuar modeli i një sistemi të tillë.
Modelet e aktorëve elektrikë (nën-sistemi Electric actuator) dhe ngarkesës inerciale (nën-sistemi Load) janë krijuar duke përdorur blloqe të bibliotekës së modelimit fizik. :
- modeli i aktorit elektrik,
- modeli i ngarkesës inerciale.
Modelet e aktorëve elektrikë dhe ngarkesës gjithashtu përfshijnë nën-sisteme sensorësh për variabla të ndryshme fizike:
- rrjedhës së rrymës që kalon në avllinë e rotorëve të motorit (nën-sistemi A),
- në tensionin në avllinë e tij (nën-sistemi V),
- shpejtësinë këndore të objektit të kontrollit (nën-sistemi Ω).
Para se të konfigurojmë parametrat e PID-raportuesit, le të nisim modelin në llogaritje, duke pranuar funksionin e kalimit të raportuesit 
. Shkalla e modelimit për punën me sinjalin hyrës 150 rrotullime/min është treguar më poshtë.
Nga analiza e grafikëve të paraqitur, është e qartë se:
- Kordinata e daljes së sistemit të kontrollit nuk arrin vlerën e caktuar, dmth. sistemi ka një gabim statik.
- Tensioni në avllitë e motorit arrin vlerën 150 V në fillim të modelimit, e cila do të shkaktojë daljen e tij nga përdorimi si pasojë e furnizimit me tension më të lartë se nominali (24 V).
Reagimi i sistemit ndaj një impuls të vetëm duhet të përmbushë kërkesat e mëposhtme:
- teperregullimi (Overshoot) jo më shumë se 10%,
- koha e rritjes (Rise time) më pak se 0.8 s,
- koha e procesit kalimtar (Settling time) më pak se 2 s.
Përveç kësaj, rregullatori duhet të kufizojë tensionin e aplikuar në rrotullën e motorit në vlerën e tensionit të furnizimit.
Rregulluesi i konfigurueshëm
Konfigurimi i parametrave të rregullatorit bëhet nëpërmjet mjetit , i cili është i disponueshëm në dritaren e parametrave të bllokut PID Controller.
Aplikacioni startohet duke klikuar në butonin Tune…, i vendosur në panelin Automated tuning. Duhet theksuar se para se të kryhet faza e konfigurimit të parametrave të rregullatorit, duhet të zgjidhet lloji i tij (P, PI, PD etj.), si dhe tipi i tij (analogjik apo disiplinar).
Pasi një nga kërkesat është kufizimi i koordinatës së tij të daljes (tensionit në bobinën e motorit), është e nevojshme të caktohet një gamë e pranueshme e tensioneve. Për këtë:
- Shkoni te pesta Output Saturation.
- Klikojmë në butonin flamur Limit output, si rezultat i të cilit aktivizohen fushat për të caktuar kufirin e sipërm (Upper limit) dhe kufirin e poshtëm (Lower limit) të gamës së vlerës së daljes.
- Vendosim kufijtë e gamës.
Funksionimi korrek i modulit rregullator në sistemin e përfshin përdorimin e metodave të orientuara në luftimin e saturimit integral. Në modul janë implementuar dy metoda: back-calculation dhe clamping. Informacione të detajuara mbi këto metoda ndodhen . Menuja rrëguese për zgjedhjen e metodës ndodhet në panelin Anti-windup.
Në këtë rast, ne do të regjistrojmë vlerat 24 dhe -24 në fushat Limiti i sipërm dhe Limiti i poshtëm përkatësisht, si dhe do të përdorim metodën clamping për të përjashtuar saturimin integral.
Vërejmë se pamja e modulit rregullator ka ndryshuar: është shfaqur një shenjë e saturimit pranë portit dalës të modulit.
Më pas, duke pranuar të gjitha ndryshimet duke shtypur butonin Apliko, kthehemi në skedën Kryesor dhe klikojmë butonin Tune…, si rezultat hapet një dritare e re e aplikacionit PIDTuner.
Në zonën grafike të dritares shfaqen dy procese kaluese: për parametrat aktualë të rregullatorit, dmth. për një rregullator të paqëndruar, dhe për vlerat e përshtatura automatikisht. Vlerat e reja të parametrave mund të shikohen duke klikuar butonin Shfaq Parametrat, e vendosur në panelin e instrumenteve. Kur të klikoni mbi butonin, do të shfaqen dy tabela: parametrat e përshtatur të rregullatorit (Controller Parameters) dhe vlerësimet e karakteristikave të procesit të kalimit me parametrat e përshtatur (Performance and Robustness).
Siç shihet nga vlerat e tabelës së dytë, koeficientët e rregullatorit që janë llogaritur automatikisht plotësojnë të gjitha kërkesat.
Konfigurimi i rregullatorit përfundon me klikimin mbi butonin me trekëndëshin e gjelbër, i vendosur në të djathtë të butonit Shfaq Parametrat, pas së cilës vlerat e reja të parametrave do të ndryshojnë automatikisht në fushat përkatëse në dritaren e konfigurimit të parametrave të blokut PID Controller.
Rezultatet e modelimit të sistemit me rregullatorin e konfiguruar për disa sinjale hyrëse tregohen më poshtë. Në nivele të larta të sinjaleve hyrëse (vija blu), sistemi do të punojë në modin e ngopjes për tensionin.
Vlen të theksohet se instrumenti PID Tuner përshtat koeficientët e rregullatorit sipas modelit të linearuara, prandaj kur kaloni në modelin jo-linearar, duhen saktësuar parametrat e tij. Në këtë rast mund të përdorni aplikacionin .
Literatura
- Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules. Aidan O’Dwyer
- Dizajni i Tuning-i i Sistemit të Kontrollit PID duke përdorur MATLAB, Simulink. Wang L.
- Kontrolli PID në një përshkrim jo strikt. Karpov V.Э.
- Regulatorët PID. Çështjet e realizimit. Pjesët 1, 2. Denisenko V.
Burimi: habr.com
