主要内容

调整PID控制器以利于参考跟踪或干扰抑制(PID调谐器)

该示例显示了如何调整PID控制器,以减少参考跟踪中的超调,或改善对电厂输入干扰的抑制。使用PID调谐器举例说明了PI和PID控制系统中参考跟踪和干扰抑制性能之间的折衷。

在本例中,将植物表示为LTI模型。以获取有关使用的信息PID调谐器调音PID控制器Simulink中的块金宝app®模型,参见调整PID控制器以利于参考跟踪或干扰抑制(金宝appSimulink控制设计).

考虑下面的插图控制系统。

本例中的设备为:

P L A. N T = 0.3 s 2. + 0.1 s .

参考跟踪是在Y发出信号R. 干扰抑制是一种在特定条件下的抑制措施YD. 当你使用PID调谐器要调整控制器,您可以根据应用需要调整设计以支持参考跟踪或干扰抑制。

初始PI控制器的设计

初始控制器设计提供了一个基线,您可以在调整PI控制器时对照该基线比较结果。使用PID调整命令为电厂创建初始PI控制器设计皮顿.

G=tf(0.3[1,0.1,0]);%植物模型C=皮顿(G,“圆周率”);

使用初始控制器设计打开PID调谐器.

PID调谐器(G,C)

添加输入干扰抑制的阶跃响应图。选择添加绘图>输入干扰抑制.

PID调谐器将干扰抑制图与参考跟踪图并排平铺。

提示

使用中的选项看法选项卡更改方式PID调谐器显示多个绘图。

默认情况下,对于给定的带宽和相位裕度,PID调谐器调整控制器以实现参考跟踪和干扰抑制之间的平衡。在这种情况下,控制器会在参考跟踪响应中产生一些超调。在初始峰值后,控制器还通过比参考跟踪更长的稳定时间来抑制输入干扰。

调整瞬态行为

根据您的应用程序,您可能希望改变参考跟踪和干扰抑制之间的平衡,以支持其中一个。对于PI控制器,您可以使用瞬态行为滑块。向左移动滑块以提高抗干扰能力。初始控制器设计的响应现在显示为基线反应(虚线)。

将瞬态行为系数降低到0.45可加快干扰抑制,但也会增加参考跟踪响应中的超调量。

提示

右键单击参考跟踪图并选择特点>峰值响应获取超调量的数值。

移动瞬态行为向右滑动,直到参考跟踪响应中的超调最小化。

将瞬态行为系数增加到0.70几乎可以消除超调,但会导致非常缓慢的干扰抑制瞬态行为滑块,直到找到适合您的应用的参考跟踪和干扰抑制之间的平衡。更改滑块对平衡的影响取决于工厂模型。对于某些工厂模型,影响没有本示例中所示的大。

改变PID整定设计重点

到目前为止,控制系统的响应时间保持不变,同时更改了瞬态行为系数。这些操作相当于固定带宽和改变系统的目标最小相位裕度。如果你想固定带宽和目标相位裕度,你仍然可以改变参考跟踪和干扰抑制之间的平衡。要调整有利于干扰抑制或参考跟踪的控制器,请更改设计重点PID整定算法的研究。

改变PID调谐器控制系统中的可调参数越多,设计重点就越有效。因此,当与PI控制器一起使用时,它没有太大的效果。要查看其效果,请将控制器类型更改为PIDF。在类型菜单,选择PIDF.

PID调谐器自动设计新型控制器PIDF。移动瞬态行为滑块将系数设置回0.6。

通过单击出口选择另存为基线.

PIDF设计取代原始PI设计作为基线图。

与PI情况一样,初始PIDF设计平衡了参考跟踪和干扰抑制。同样在PI情况下,控制器在参考跟踪响应中产生一些超调,并以类似的稳定时间抑制输入干扰。

改变PID调谐器设计重点有利于在不改变响应时间或瞬态行为系数的情况下进行参考跟踪。要执行此操作,请单击选择权,在集中菜单,选择参考跟踪.

PID调谐器自动重新调整控制器系数,重点关注参考跟踪性能。

使用参考跟踪焦点调谐的PIDF控制器显示为调谐响应(实线)。曲线图表明,所得到的控制器跟踪参考输入,与平衡控制器设计相比,超调量小得多,稳定时间快得多。然而,这种设计产生的干扰抑制能力要差得多。

改变设计重点,以利于干扰抑制。在选择权对话框中的集中菜单,选择输入干扰抑制.

这种控制器设计产生了改进的干扰抑制,但在参考跟踪响应中导致了一些增加的超调。

使用“设计焦点”选项时,仍然可以调整瞬态行为滑块用于进一步微调两种性能度量之间的平衡。将“设计焦点”和滑块一起使用,以实现最佳满足设计要求的性能平衡。这种微调对系统性能的影响很大程度上取决于设备的性能。对于某些植物,移动瞬态行为滑块或更改集中这种选择几乎没有效果。

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