Nagsisimula ang artikulong ito ng isang serye ng mga artikulo na nakatuon sa mga awtomatikong pamamaraan para sa pag-tune ng mga PID controller sa kapaligiran ng Simulink. Ngayon ay malalaman natin kung paano gumana sa PID Tuner application.
Pagpapakilala
Ang pinakasikat na uri ng mga controller na ginagamit sa industriya sa mga closed-loop na control system ay maaaring ituring na mga PID controller. At kung naaalala ng mga inhinyero ang istraktura at prinsipyo ng pagpapatakbo ng controller mula sa kanilang mga araw ng mag-aaral, kung gayon ang pagsasaayos nito, i.e. Ang pagkalkula ng mga coefficient ng controller ay problema pa rin. Mayroong isang malaking halaga ng panitikan, parehong dayuhan (halimbawa, [1, 2]) at domestic (halimbawa, [3, 4]), kung saan ang pagsasaayos ng mga regulator ay ipinaliwanag sa medyo kumplikadong wika ng awtomatikong kontrol na teorya.
Ang serye ng mga artikulong ito ay maglalarawan ng mga awtomatikong paraan upang ibagay ang mga PID controller gamit ang mga tool ng Simulink gaya ng:
- PID Tuner
- Response Optimizer
- Control System Tuner,
- PID Tuner na Batay sa Dalas ng Pagtugon,
- Closed-Loop PID Autotuner.
Ang object ng control system ay isang electric drive batay sa isang DC motor na nasasabik ng mga permanenteng magnet, na nagtatrabaho kasama ng isang gearbox para sa inertial load, na may mga sumusunod na parameter:
- boltahe ng supply ng motor, ;
- aktibong paglaban ng motor armature winding, ;
- inductive reactance ng motor armature winding, ;
- koepisyent ng metalikang kuwintas ng makina, ;
- sandali ng pagkawalang-galaw ng rotor ng motor, .
Mga parameter ng load at gearbox:
- sandali ng pagkawalang-galaw ng pagkarga, ;
- ratio ng gear, .
Ang mga artikulo ay halos hindi naglalaman ng mga pormula sa matematika, gayunpaman, ito ay kanais-nais na ang mambabasa ay may pangunahing kaalaman sa teorya ng awtomatikong kontrol, pati na rin ang karanasan sa pagmomodelo sa kapaligiran ng Simulink upang maunawaan ang iminungkahing materyal.
Modelo ng system
Isaalang-alang natin ang isang linear control system para sa angular velocity ng isang servo electric drive, isang pinasimple na block diagram na kung saan ay ipinakita sa ibaba.
Alinsunod sa ibinigay na istraktura, ang isang modelo ng naturang sistema ay binuo sa kapaligiran ng Simulink.
Ang mga modelo ng electric drive (Electric actuator subsystem) at inertial load (Load subsystem) ay nilikha gamit ang physical modelling library blocks :
- modelo ng electric drive,
- modelo ng inertial load.
Kasama rin sa mga modelo ng electric drive at load ang mga sensor subsystem ng iba't ibang pisikal na dami:
- kasalukuyang dumadaloy sa armature winding ng motor (subsystem A),
- boltahe sa paikot-ikot nito (subsystem V),
- angular velocity ng control object (subsystem Ξ©).
Bago itakda ang mga parameter ng PID controller, patakbuhin natin ang modelo para sa pagkalkula, pagtanggap ng transfer function ng controller . Ang mga resulta ng simulation para sa isang input signal na 150 rpm ay ipinapakita sa ibaba.
Mula sa pagsusuri ng mga graph sa itaas ay malinaw na:
- Ang output coordinate ng control system ay hindi umabot sa tinukoy na halaga, i.e. Mayroong static na error sa system.
- Ang boltahe sa mga windings ng motor ay umabot sa isang halaga ng 150 V sa simula ng simulation, na hahantong sa pagkabigo nito dahil sa supply ng isang boltahe na mas malaki kaysa sa nominal na isa (24 V) sa mga windings nito.
Hayaan ang tugon ng system sa isang impulse ay dapat matugunan ang mga sumusunod na kinakailangan:
- overshoot (Overshoot) hindi hihigit sa 10%,
- Oras ng pagtaas ng mas mababa sa 0.8 s,
- Lumilipas na oras (Settling time) mas mababa sa 2 s.
Bilang karagdagan, dapat limitahan ng regulator ang boltahe na ibinibigay sa paikot-ikot na motor sa halaga ng boltahe ng supply.
Pag-set up ng controller
Ang mga parameter ng controller ay na-configure gamit ang tool , na direktang available sa PID Controller block parameters window.
Ang application ay inilunsad sa pamamagitan ng pagpindot sa isang pindutan Tuneβ¦matatagpuan sa panel Awtomatikong pag-tune. Kapansin-pansin na bago isagawa ang yugto ng pagtatakda ng mga parameter ng controller, kinakailangang piliin ang uri nito (P, PI, PD, atbp.), Pati na rin ang uri nito (analog o discrete).
Dahil ang isa sa mga kinakailangan ay upang limitahan ang output coordinate nito (boltahe sa paikot-ikot na motor), dapat na tukuyin ang pinapayagang hanay ng boltahe. Para dito:
- Pumunta sa tab Saturation ng Output.
- Mag-click sa pindutan ng bandila Limitahan ang output, bilang isang resulta kung saan ang mga patlang para sa pagtatakda ng itaas (Upper na limitasyon) at mas mababang (Lower na limitasyon) na mga hangganan ng hanay ng halaga ng output ay isinaaktibo.
- Itakda ang mga hangganan ng saklaw.
Ang tamang operasyon ng regulator unit bilang bahagi ng system ay nagsasangkot ng paggamit ng mga pamamaraan na naglalayong labanan ang integral saturation. Ang block ay nagpapatupad ng dalawang paraan: back-calculation at clamping. Ang detalyadong impormasyon tungkol sa mga pamamaraang ito ay matatagpuan . Ang drop-down na menu ng pagpili ng paraan ay matatagpuan sa panel Anti-windup.
Sa kasong ito, isusulat namin ang mga halaga 24 at -24 sa mga patlang Mataas na limitasyon ΠΈ Mas mababang limitasyon nang naaayon, at gamitin din ang paraan ng pag-clamping upang maalis ang integral saturation.
Maaari mong mapansin na ang hitsura ng bloke ng regulator ay nagbago: isang tanda ng saturation ang lumitaw sa tabi ng output port ng bloke.
Susunod, tanggapin ang lahat ng mga pagbabago sa pamamagitan ng pagpindot sa pindutan gamitin, bumalik sa tab Pangunahin at pindutin ang pindutan Tuneβ¦, na magbubukas ng bagong PIDTuner application window.
Sa graphical na lugar ng window, dalawang lumilipas na proseso ang ipinapakita: kasama ang kasalukuyang mga parameter ng controller, i.e. para sa hindi naka-configure na controller, at para sa mga value na awtomatikong napili. Maaaring matingnan ang mga bagong halaga ng parameter sa pamamagitan ng pag-click sa pindutan Ipakita ang Mga Parametermatatagpuan sa toolbar. Kapag pinindot mo ang pindutan, dalawang talahanayan ang lalabas: ang mga napiling parameter ng controller (Controller Parameters) at ang mga pagtatasa ng mga katangian ng lumilipas na proseso kasama ang mga napiling parameter (Pagganap at Katatagan).
Tulad ng makikita mula sa mga halaga ng pangalawang talahanayan, ang awtomatikong kinakalkula na mga koepisyent ng controller ay nakakatugon sa lahat ng mga kinakailangan.
Nakumpleto ang setting ng regulator sa pamamagitan ng pagpindot sa button na may berdeng tatsulok na matatagpuan sa kanan ng button Ipakita ang Mga Parameter, pagkatapos nito ay awtomatikong magbabago ang mga bagong halaga ng parameter sa mga kaukulang field sa window ng mga setting ng parameter ng block ng PID Controller.
Ang mga resulta ng pagtulad sa isang system na may nakatutok na controller para sa ilang input signal ay ipinapakita sa ibaba. Sa mataas na antas ng signal ng input (asul na linya), gagana ang system sa mode na saturation ng boltahe.
Tandaan na pinipili ng tool ng PID Tuner ang controller coefficients batay sa isang linearized na modelo, kaya kapag lumipat sa isang nonlinear na modelo, kinakailangang linawin ang mga parameter nito. Sa kasong ito, maaari mong gamitin ang application .
Panitikan
- Handbook ng PI at PID Controller Tuning Rules. Aidan O'Dwyer
- PID Control System Design at Automatic Tuning gamit ang MATLAB, Simulink. Wang L.
- Kontrol ng PID sa isang hindi mahigpit na anyo. Karpov V.E.
- Mga controller ng PID. Mga isyu sa pagpapatupad. Bahagi 1, 2. Denisenko V.
Pinagmulan: www.habr.com