ఈ కథనం Simulink వాతావరణంలో PID కంట్రోలర్‌లను ట్యూన్ చేయడానికి ఆటోమేటెడ్ పద్ధతులకు అంకితమైన కథనాల శ్రేణిని ప్రారంభిస్తుంది. PID ట్యూనర్ అప్లికేషన్‌తో ఎలా పని చేయాలో ఈ రోజు మనం కనుగొంటాము.
పరిచయం
క్లోజ్డ్-లూప్ కంట్రోల్ సిస్టమ్‌లలో పరిశ్రమలో ఉపయోగించే అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన కంట్రోలర్‌లను PID కంట్రోలర్‌లుగా పరిగణించవచ్చు. మరియు ఇంజనీర్లు వారి విద్యార్థి రోజుల నుండి కంట్రోలర్ యొక్క నిర్మాణం మరియు ఆపరేషన్ సూత్రాన్ని గుర్తుంచుకుంటే, దాని కాన్ఫిగరేషన్, అనగా. కంట్రోలర్ కోఎఫీషియంట్స్ గణన ఇప్పటికీ ఒక సమస్య. విదేశీ (ఉదాహరణకు, [1, 2]) మరియు దేశీయ (ఉదాహరణకు, [3, 4]) సాహిత్యం యొక్క భారీ మొత్తం ఉంది, ఇక్కడ నియంత్రకాల సర్దుబాటు స్వయంచాలక నియంత్రణ సిద్ధాంతం యొక్క సంక్లిష్టమైన భాషలో వివరించబడింది.
ఈ కథనాల శ్రేణి సిములింక్ సాధనాలను ఉపయోగించి PID కంట్రోలర్‌లను ట్యూన్ చేయడానికి స్వయంచాలక మార్గాలను వివరిస్తుంది:
- PID ట్యూనర్
- ప్రతిస్పందన ఆప్టిమైజర్
- కంట్రోల్ సిస్టమ్ ట్యూనర్,
- ఫ్రీక్వెన్సీ రెస్పాన్స్ బేస్డ్ PID ట్యూనర్,
- క్లోజ్డ్-లూప్ PID ఆటోట్యూనర్.
నియంత్రణ వ్యవస్థ యొక్క వస్తువు శాశ్వత అయస్కాంతాలచే ప్రేరేపించబడిన DC మోటారుపై ఆధారపడిన ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్, కింది పారామితులతో జడత్వ లోడ్ కోసం గేర్‌బాక్స్‌తో కలిసి పని చేస్తుంది:
- మోటార్ సరఫరా వోల్టేజ్, ;
- మోటార్ ఆర్మేచర్ వైండింగ్ యొక్క క్రియాశీల నిరోధకత, ;
- మోటార్ ఆర్మేచర్ వైండింగ్ యొక్క ప్రేరక ప్రతిచర్య, ;
- ఇంజిన్ టార్క్ గుణకం, ;
- మోటారు రోటర్ యొక్క జడత్వం యొక్క క్షణం, .
లోడ్ మరియు గేర్‌బాక్స్ పారామితులు:
- భారం యొక్క జడత్వం యొక్క క్షణం, ;
- గేర్ నిష్పత్తి, .
వ్యాసాలు ఆచరణాత్మకంగా గణిత సూత్రాలను కలిగి ఉండవు, అయినప్పటికీ, పాఠకుడికి ఆటోమేటిక్ కంట్రోల్ సిద్ధాంతంలో ప్రాథమిక జ్ఞానం, అలాగే ప్రతిపాదిత పదార్థాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి సిములింక్ వాతావరణంలో మోడలింగ్ అనుభవం ఉండటం మంచిది.
సిస్టమ్ మోడల్
సర్వో ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ యొక్క కోణీయ వేగం కోసం సరళ నియంత్రణ వ్యవస్థను పరిశీలిద్దాం, దాని యొక్క సరళీకృత బ్లాక్ రేఖాచిత్రం క్రింద ప్రదర్శించబడింది.
ఇచ్చిన నిర్మాణానికి అనుగుణంగా, అటువంటి వ్యవస్థ యొక్క నమూనా సిములింక్ వాతావరణంలో నిర్మించబడింది.
భౌతిక మోడలింగ్ లైబ్రరీ బ్లాక్‌లను ఉపయోగించి ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ (ఎలక్ట్రిక్ యాక్యుయేటర్ సబ్‌సిస్టమ్) మరియు ఇనర్షియల్ లోడ్ (లోడ్ సబ్‌సిస్టమ్) యొక్క నమూనాలు సృష్టించబడ్డాయి :
- ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ మోడల్,
- జడత్వ లోడ్ మోడల్.
ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ మరియు లోడ్ మోడల్స్ కూడా వివిధ భౌతిక పరిమాణాల సెన్సార్ సబ్‌సిస్టమ్‌లను కలిగి ఉంటాయి:
- మోటారు యొక్క ఆర్మేచర్ వైండింగ్‌లో ప్రవహించే కరెంట్ (ఉపవ్యవస్థ A),
- దాని వైండింగ్‌పై వోల్టేజ్ (ఉపవ్యవస్థ V),
- నియంత్రణ వస్తువు యొక్క కోణీయ వేగం (ఉపవ్యవస్థ Ω).
PID కంట్రోలర్ యొక్క పారామితులను సెట్ చేయడానికి ముందు, కంట్రోలర్ యొక్క బదిలీ ఫంక్షన్‌ను అంగీకరిస్తూ, గణన కోసం మోడల్‌ను అమలు చేద్దాం . 150 rpm ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ కోసం అనుకరణ ఫలితాలు క్రింద చూపబడ్డాయి.
పై గ్రాఫ్‌ల విశ్లేషణ నుండి ఇది స్పష్టంగా ఉంది:
- నియంత్రణ వ్యవస్థ యొక్క అవుట్పుట్ కోఆర్డినేట్ పేర్కొన్న విలువను చేరుకోలేదు, అనగా. సిస్టమ్‌లో స్థిర లోపం ఉంది.
- మోటారు వైండింగ్‌లపై వోల్టేజ్ అనుకరణ ప్రారంభంలో 150 V విలువను చేరుకుంటుంది, ఇది దాని వైండింగ్‌లకు నామమాత్రపు (24 V) కంటే ఎక్కువ వోల్టేజ్ సరఫరా కారణంగా దాని వైఫల్యానికి దారి తీస్తుంది.
ఒకే ప్రేరణకు సిస్టమ్ యొక్క ప్రతిస్పందన క్రింది అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉండాలి:
- ఓవర్‌షూట్ (ఓవర్‌షూట్) 10% కంటే ఎక్కువ కాదు,
- రైజ్ సమయం 0.8 సె కంటే తక్కువ,
- తాత్కాలిక సమయం (స్థిరించే సమయం) 2 సెకన్ల కంటే తక్కువ.
అదనంగా, నియంత్రకం తప్పనిసరిగా సరఫరా వోల్టేజ్ యొక్క విలువకు మోటార్ వైండింగ్‌కు సరఫరా చేయబడిన వోల్టేజ్‌ను పరిమితం చేయాలి.
నియంత్రికను ఏర్పాటు చేస్తోంది
నియంత్రిక పారామితులు సాధనాన్ని ఉపయోగించి కాన్ఫిగర్ చేయబడతాయి , ఇది నేరుగా PID కంట్రోలర్ బ్లాక్ పారామితుల విండోలో అందుబాటులో ఉంటుంది.
బటన్‌ను నొక్కడం ద్వారా అప్లికేషన్ ప్రారంభించబడుతుంది ట్యూన్ చేయండి...ప్యానెల్లో ఉంది స్వయంచాలక ట్యూనింగ్. నియంత్రిక పారామితులను సెట్ చేసే దశను ప్రదర్శించే ముందు, దాని రకాన్ని (P, PI, PD, మొదలైనవి), అలాగే దాని రకాన్ని (అనలాగ్ లేదా వివిక్త) ఎంచుకోవడం అవసరం అని గమనించాలి.
దాని అవుట్పుట్ కోఆర్డినేట్ (మోటారు వైండింగ్‌పై వోల్టేజ్) పరిమితం చేయడం అవసరాలలో ఒకటి కాబట్టి, అనుమతించదగిన వోల్టేజ్ పరిధిని పేర్కొనాలి. దీని కొరకు:
- ట్యాబ్‌కి వెళ్లండి అవుట్పుట్ సంతృప్తత.
- ఫ్లాగ్ బటన్‌పై క్లిక్ చేయండి అవుట్‌పుట్‌ని పరిమితం చేయండి, ఫలితంగా అవుట్పుట్ విలువ పరిధి యొక్క ఎగువ (ఎగువ పరిమితి) మరియు దిగువ (తక్కువ పరిమితి) సరిహద్దులను సెట్ చేయడానికి ఫీల్డ్‌లు సక్రియం చేయబడతాయి.
- పరిధి సరిహద్దులను సెట్ చేయండి.
వ్యవస్థలో భాగంగా రెగ్యులేటర్ యూనిట్ యొక్క సరైన ఆపరేషన్ సమగ్ర సంతృప్తతను ఎదుర్కోవటానికి ఉద్దేశించిన పద్ధతులను ఉపయోగించడం. బ్లాక్ రెండు పద్ధతులను అమలు చేస్తుంది: బ్యాక్-కాలిక్యులేషన్ మరియు బిగింపు. ఈ పద్ధతుల గురించి వివరణాత్మక సమాచారం ఉంది . పద్ధతి ఎంపిక డ్రాప్-డౌన్ మెను ప్యానెల్లో ఉంది యాంటీ-విండప్.
ఈ సందర్భంలో, మేము ఫీల్డ్‌లలో 24 మరియు -24 విలువలను వ్రాస్తాము గరిష్ట పరిమితి и తక్కువ పరిమితి తదనుగుణంగా, మరియు సమగ్ర సంతృప్తతను తొలగించడానికి బిగింపు పద్ధతిని కూడా ఉపయోగించండి.
రెగ్యులేటర్ బ్లాక్ యొక్క రూపాన్ని మార్చినట్లు మీరు గమనించవచ్చు: బ్లాక్ యొక్క అవుట్పుట్ పోర్ట్ పక్కన సంతృప్త చిహ్నం కనిపించింది.
తరువాత, బటన్‌ను నొక్కడం ద్వారా అన్ని మార్పులను అంగీకరించండి వర్తించు, ట్యాబ్‌కు తిరిగి వెళ్లండి ప్రధాన మరియు నజిమేమ్ క్నోప్కు ట్యూన్ చేయండి..., ఇది కొత్త PIDTuner అప్లికేషన్ విండోను తెరుస్తుంది.
విండో యొక్క గ్రాఫికల్ ప్రాంతంలో, రెండు తాత్కాలిక ప్రక్రియలు ప్రదర్శించబడతాయి: కంట్రోలర్ యొక్క ప్రస్తుత పారామితులతో, అనగా. కాన్ఫిగర్ చేయని కంట్రోలర్ కోసం మరియు స్వయంచాలకంగా ఎంపిక చేయబడిన విలువల కోసం. బటన్‌ను క్లిక్ చేయడం ద్వారా కొత్త పరామితి విలువలను చూడవచ్చు పారామితులను చూపించుటూల్‌బార్‌లో ఉంది. మీరు బటన్‌ను నొక్కినప్పుడు, రెండు పట్టికలు కనిపిస్తాయి: నియంత్రిక యొక్క ఎంచుకున్న పారామితులు (కంట్రోలర్ పారామితులు) మరియు ఎంచుకున్న పారామితులతో (పనితీరు మరియు దృఢత్వం) తాత్కాలిక ప్రక్రియ యొక్క లక్షణాల అంచనాలు.
రెండవ పట్టిక యొక్క విలువల నుండి చూడగలిగినట్లుగా, స్వయంచాలకంగా లెక్కించబడిన నియంత్రిక గుణకాలు అన్ని అవసరాలను తీరుస్తాయి.
బటన్ కుడివైపున ఉన్న ఆకుపచ్చ త్రిభుజంతో బటన్‌ను నొక్కడం ద్వారా రెగ్యులేటర్ సెట్టింగ్ పూర్తవుతుంది పారామితులను చూపించు, ఆ తర్వాత PID కంట్రోలర్ బ్లాక్ పారామితి సెట్టింగ్‌ల విండోలోని సంబంధిత ఫీల్డ్‌లలో కొత్త పారామితి విలువలు స్వయంచాలకంగా మారుతాయి.
అనేక ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌ల కోసం ట్యూన్ చేయబడిన కంట్రోలర్‌తో సిస్టమ్‌ను అనుకరించే ఫలితాలు క్రింద చూపబడ్డాయి. అధిక ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ స్థాయిలలో (బ్లూ లైన్), సిస్టమ్ వోల్టేజ్ సంతృప్త మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది.
PID ట్యూనర్ సాధనం ఒక లీనియరైజ్డ్ మోడల్ ఆధారంగా కంట్రోలర్ కోఎఫీషియంట్‌లను ఎంచుకుంటుంది, కాబట్టి నాన్ లీనియర్ మోడల్‌కి వెళ్లేటప్పుడు, దాని పారామితులను స్పష్టం చేయడం అవసరం. ఈ సందర్భంలో, మీరు అప్లికేషన్ ఉపయోగించవచ్చు .
సాహిత్యం
- PI మరియు PID కంట్రోలర్ ట్యూనింగ్ నియమాల హ్యాండ్‌బుక్. ఐదాన్ ఓ'డ్వైర్
- MATLAB, Simulink ఉపయోగించి PID కంట్రోల్ సిస్టమ్ డిజైన్ మరియు ఆటోమేటిక్ ట్యూనింగ్. వాంగ్ ఎల్.
- కఠినమైన రూపంలో PID నియంత్రణ. కార్పోవ్ V.E.
- PID కంట్రోలర్లు. అమలు సమస్యలు. భాగాలు 1, 2. డెనిసెంకో వి.
మూలం: www.habr.com