pidtune

线性对象模型的PID整定算法

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语法

C = pidtune (sys、类型) C = pidtune (sys, C0) C = pidtune (sys、类型、wc) C = pidtune (sys, C0, wc) C = pidtune (sys,…,选择) [C,信息]= pidtune(…)

描述

C= pidtune (sys，类型）设计了一类PID控制器类型的植物sys．如果类型指定一个单自由度(1-DOF) PID控制器，然后对单元反馈回路设计控制器，如图所示:

如果类型指定一个二自由度(2-DOF) PID控制器，则pidtune设计一个2-DOF控制器，如图所示:

pidtune调整PID控制器的参数C平衡性能(响应时间)和健壮性(稳定裕度)。

C= pidtune (sys，C0）设计与控制器类型和形式相同的控制器C0．如果sys和C0离散时间模型,C有相同的离散积分公式吗C0．

C= pidtune (sys，类型，wc）和C= pidtune (sys，C0，wc）指定一个目标值wc为开环响应的第一个0db增益交叉频率。

C= pidtune (sys、……选择）使用其他调优选项，如目标阶段裕度。使用pidtuneOptions指定选项集选择．

［C，信息] = pidtune(…)返回数据结构信息，其中包含有关闭环稳定性、所选开环增益交叉频率和实际相位裕度的信息。

输入参数

sys

对于单输入,动态系统模型对工厂的控制器进行设计。sys可以是:

任何类型的SISO动态系统模型，包括数字LTI模型和识别模型。如果sys是一个可调或不确定的模型，pidtune为的电流或标称值设计一个控制器sys．
连续或离散时间模型。
稳定的，不稳定的，积分的。然而，具有不稳定极点的设备在PID控制下可能是不稳定的。
一种模型，包括任何类型的时间延迟。然而，具有长时间延迟的设备在PID控制下可能无法达到足够的性能。
一组植物模型。如果sys是一个数组,pidtune为阵列中的每个设备设计一个独立的控制器。

如果植物有不稳定的极点sys是下列情况之一:

一个的朋友模型
一个党卫军内部时间延迟不能转换为I/O延迟的模型

你必须使用pidtuneOptions指定工厂中不稳定极点的数目(如果有的话)。

`类型`	控制器类型的控制器设计，指定为字符向量。这个词控制器类型指在控制器动作中出现的术语。例如，PI控制器只有比例项和积分项，而PIDF控制器则包含比例项、积分项和滤波导数项。`类型`可以取下面总结的值。有关这些控制器类型的详细信息，请参见PID控制器类型 1-DOF控制器 `“P”`——比例只 `“我”`——积分只 `“π”`-比例积分 `“PD”`-比例与导数 `“PDF”`-在导数项上带一阶滤波器的比例和导数 `“PID”`-比例、积分和导数 `“PIDF”`-比例、积分和导数，在导数项上有一阶滤波器二自由度控制器 `“皮”`- 2-DOF比例和积分 `“PD2”`- 2-DOF比例和导数 `“PDF2”`- 2-DOF比例导数和导数项上的一阶滤波器 `“PID2”`- 2-DOF比例，积分和导数 `“PIDF2”`- 2-DOF比例、积分和导数，在导数项上有一阶滤波器有关一般二自由度PID控制器的更多信息，请参见二自由度PID控制器．具有固定权重的二自由度控制器 `“I-PD”`- 2-DOF PID withb= 0,c＝０ `“I-PDF”`- 2-DOF PIDF withb= 0,c＝０ `“ID-P”`- 2-DOF PID withb= 0,c= 1 `“IDF-P”`- 2-DOF PIDF withb= 0,c= 1 `“πd的”`- 2-DOF PID withb= 1,c＝０ `“PI-DF”`- 2-DOF PIDF withb= 1,c＝０关于固定设定值权重的2-DOF PID控制器的详细信息，请参见PID控制器类型．控制器形式当你使用`类型`输入,`pidtune`并联设计控制器(`pid`或`pid2`)的形式。使用的输入`C0`而不是`类型`如果你想设计一个标准的控制器(`pidstd`或`pidstd2`)的形式。如果`sys`是带有样本时间的离散时间模型吗`Ts`，`pidtune`为此设计了一种离散时间控制器`Ts`．控制器有`ForwardEuler`用于积分和导数作用的离散积分器公式。使用的输入`C0`而不是`类型`如果你想设计一个控制器有一个不同的离散积分器公式。有关PID控制器形式和公式的更多信息，请参见: Proportional-Integral-Derivative (PID)控制器二自由度PID控制器离散时间比例积分微分(PID)控制器
`C0`	PID控制器设置所设计控制器的属性，指定为a`pid`，`pidstd`，`pid2`,或`pidstd2`对象。如果您提供`C0`，`pidtune`：设计一个由表示的类型的控制器`C0`．返回一个`pid`控制器,如果`C0`是一个`pid`控制器。返回一个`pidstd`控制器,如果`C0`是一个`pidstd`控制器。返回一个二自由度`pid2`控制器,如果`C0`是一个`pid2`控制器。返回一个二自由度`pidstd2`控制器,如果`C0`是一个`pidstd2`控制器。返回具有相同属性的控制器`Iformula`和`Dformula`值作为`C0`,如果`sys`是一个离散时间系统。看到`pid`，`pid2`，`pidstd`,`pidstd2`有关的更多信息的参考页`Iformula`和`Dformula`．
`wc`	为调谐开环响应的0db增益交叉频率的目标值。指定`wc`单位为弧度/`TimeUnit`,在那里`TimeUnit`时间单位是`sys`．交叉频率`wc`大致设置控制带宽。闭环响应时间近似`1 / wc`．增加`wc`以加快反应速度。减少`wc`提高稳定性。当你忽略`wc`，`pidtune`自动选择一个值，根据植物的动态，实现响应和稳定之间的平衡。
`选择`	属性的附加调优选项`pidtune`设计算法，如目标相位裕度或设计焦点。使用`pidtuneOptions`创建`选择`．

输出参数

C

控制器设计sys．如果sys是一组线性模型，pidtune为每个线性模型设计一个控制器，并返回一个PID控制器数组。

控制器形式:

如果第二个参数pidtune是类型，C是一个pid或pid2控制器。
如果第二个参数pidtune是C0：
- C是一个pid控制器,如果C0是一个pid对象。
- C是一个pidstd控制器,如果C0是一个pidstd对象。
- C是一个pid2控制器,如果C0是一个pid2对象。
- C是一个pidstd2控制器,如果C0是一个pidstd2对象。

控制器类型:

如果第二个参数pidtune是类型，C一般具有指定的类型。
如果第二个参数pidtune是C0，C一般有相同的类型C0．

然而，在这两种情况下，算法可以实现充分的性能和鲁棒性使用较低阶控制器比指定类型或C0，pidtune返回一个C比指定的动作少。例如,C可以是PI控制器，即使类型是“PIDF”．

时间域:

C和sys．
如果sys是一个离散时间模型，C是否有相同的样品时间sys．
如果您指定C0，C有相同的Iformula和Dformula作为C0．如果没有C0指定,Iformula和Dformula是向前欧拉．看到pid，pid2，pidstd,pidstd2有关的更多信息的参考页Iformula和Dformula．

如果您指定C0，C还可以获得模型属性，例如InputName和OutputName从C0．有关模型属性的更多信息，请参阅每种类型的动态系统模型的参考页面。

信息

数据结构，包含关于调谐PID循环的性能和鲁棒性的信息。等领域的信息是:

稳定的-指示闭环稳定性的布尔值。稳定的如果闭环是稳定的，则为1，否则为0。
CrossoverFrequency—开环系统的前0 dB交叉频率C＊sys,在rad / TimeUnit,在那里TimeUnit时间单位是否在TimeUnit的属性sys．
PhaseMargin-调谐PID环路的相位裕度，以度为单位。

如果sys是一组植物模型信息是一个数据结构数组，其中包含关于每个调优PID循环的信息。

例子

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命令行PID控制器设计

打开生活的脚本

这个例子展示了如何为给定的对象设计PID控制器:

$年代 y 年代＝ \frac{1}{{（年代 + 1 ）}^{3.}} ．$

首先，建立电站模型并为其设计一个简单的PI控制器。

Sys = zpk([]，[-1 -1 -1]，1);[C_pi,信息]= pidtune (sys,“π”）

C_pi = 1 Kp + Ki *——s, Kp = 1.14, Ki = 0.454并联形式的连续时间PI控制器。

信息=结构体字段:稳定:1交叉频率:0.5205相位裕度:60.0000

C_pi是一个pid控制器对象，表示PI控制器。等领域的信息结果表明，调谐算法选择了约0.52 rad/s的开环交叉频率。

检查被控系统的闭环阶跃响应(参考跟踪)。

T_pi = feedback(C_pi*sys, 1);步骤(T_pi)

$图中包含一个轴对象。axis对象包含一个类型为line的对象。这个对象表示T\_pi。$

为了提高响应时间，您可以设置比结果更高的目标交叉频率pidtune自动选择,0.52。将交叉频率增加到1.0。

[C_pi_fast,信息]= pidtune (sys,“π”, 1.0)

C_pi_fast = 1 Kp + Ki *——s, Kp = 2.83, Ki = 0.0495并行形式的连续时间PI控制器。

信息=结构体字段:稳定:1交叉频率:1相位裕度:43.9973

新的控制器实现了更高的交叉频率，但以减少相位裕度为代价。

比较两种控制器的闭环阶跃响应。

T_pi_fast =反馈(C_pi_fast * sys, 1);step(T_pi,T_pi_fast)轴([0 30 0 1.4])图例(“π”，“π,快”）

图中包含一个轴对象。轴对象包含两个类型为line的对象。这些对象表示PI, PI，很快。

性能下降的原因是PI控制器没有足够的自由度来在1.0 rad/s的交叉频率下实现良好的相位裕度。添加一个衍生动作可以改善响应。

设计了一种pid控制器Gc目标交叉频率为1.0 rad/s。

[C_pidf_fast,信息]= pidtune (sys,“PIDF”, 1.0)

C_pidf_fast = 1 s Kp + Ki *——+ Kd * -------- s Tf*s+1, Kp = 2.72, Ki = 0.985, Kd = 1.72, Tf = 0.00875并行形式的连续时间PIDF控制器。

信息=结构体字段:稳定:1交叉频率:1相位裕度:60.0000

信息领域表明，在控制器中的微分作用允许调谐算法设计一个更积极的控制器，以实现目标交叉频率与良好的相位裕度。

比较了快速PI和PIDF控制器的闭环阶跃响应和抗扰性。

T_pidf_fast =反馈(C_pidf_fast * sys, 1);步骤(T_pi_fast T_pidf_fast);轴([0 30 0 1.4]);传奇(“π,快”，“PIDF,快”）;

图中包含一个轴对象。轴对象包含两个类型为line的对象。这些对象代表PI,fast, PIDF,fast。

你可以用快速PI和PIDF控制器比较被控系统的输入(负载)抗扰性。为此，绘制从设备输入到设备输出的闭环传递函数的响应。

S_pi_fast =反馈(sys, C_pi_fast);S_pidf_fast =反馈(sys, C_pidf_fast);步骤(S_pi_fast S_pidf_fast);轴([0 50 0 0.4]);传奇(“π,快”，“PIDF,快”）;

图中包含一个轴对象。轴对象包含两个类型为line的对象。这些对象代表PI,fast, PIDF,fast。

这幅图表明，PIDF控制器也提供了更快的干扰抑制。

设计标准形式的PID控制器

打开生活的脚本

为下列装置设计标准形式的PID控制器。

$sys ＝ \frac{1}{{（年代 + 1 ）}^{3.}}$

要设计标准形式的控制器，使用标准形式的控制器作为C0参数pidtune．

Sys = zpk([]，[-1 -1 -1]，1);C0 = pidstd (1 1 1);C = pidtune (sys, C0)

C = 1 1 Kp *(1 + ---- *——+ Td * s) Ti s具有Kp = 2.18, Ti = 2.57, Td = 0.642的标准形式的连续时间PID控制器

指定积分离散化方法

打开生活的脚本

设计一个离散时间PI控制器，用指定的方法对积分器进行离散。

如果你的工厂是离散时间的，pidtune使用默认的正向欧拉积分方法自动返回一个离散时间控制器。要指定不同的积分方法，请使用pid或pidstd创建一个具有所要求的积分方法的离散时间控制器。

Sys = c2d(tf([1 1]，[1 5 6])，0.1);C0 = pid (1, 1,“t”, 0.1,“IFormula”，“BackwardEuler”）;C = pidtune (sys, C0)

C = Ts*z Kp + Ki * ------ z-1, Kp = -0.0658, Ki = 1.32, Ts = 0.1采样时间:0.1秒并行形式离散时间PI控制器。

使用C0作为输入原因pidtune设计控制器C的形式、类型和离散化方法相同C0．这个显示表明，的积分项C采用后向欧拉积分法。

指定一个梯形积分器并比较得到的控制器。

C0_tr = pid (1, 1,“t”, 0.1,“IFormula”，“梯形”）;Ctr = pidtune (sys C0_tr)

Ctr = Ts*(z+1) Ki * -------- 2*(z-1) with Ki = 1.32, Ts = 0.1

设计二自由度PID控制器

打开生活的脚本

为给定传递函数的被控对象设计一个二自由度PID控制器:

$G （年代）＝ \frac{1}{{年代}^{2} + 0 ． 5 年代 + 0 ． 1} ．$

使用1.5 rad/s的目标带宽。

wc = 1.5;G = tf(1，[1 0.5 0.1]);C2 = pidtune (G,“PID2”wc)

C2 = 1 u = Kp (b*r-y) + Ki——(r-y) + Kd*s (c*r-y) s，具有Kp = 1.26, Ki = 0.255, Kd = 1.38, b = 0.665, c = 0并联形式的连续二自由度PID控制器。

使用类型“PID2”原因pidtune生成一个二自由度控制器，表示为apid2对象。显示器证实了这个结果。显示屏上也显示了这一点pidtune调优所有控制器系数，包括设定值权重b和c，以平衡性能和健壮性。

提示

默认情况下,pidtune与类型输入返回一个pid控制器的并行形式。要以标准形式设计控制器，请使用pidstd控制器作为输入参数C0．有关并行和标准控制器表单的更多信息，请参阅pid和pidstd参考页面。
有关实时编辑器中的交互式PID调优，请参阅调整PID控制器住编辑任务。这个任务让你交互式地设计一个PID控制器并自动生成MATLAB^®为您的活动脚本编写代码。

算法

有关MathWorks的信息^®PID整定算法，见PID优化算法．

选择

有关实时编辑器中的交互式PID调优，请参阅调整PID控制器住编辑任务。这个任务让您交互式设计一个PID控制器，并自动生成MATLAB代码为您的生活脚本。例如，请参见实时编辑器中的PID控制器设计
对于独立应用程序中的交互式PID调优，请使用PID调谐器．看到用于快速参考跟踪的PID控制器设计以使用应用程序设计控制器为例。

参考文献

Åström, k.j.和Hägglund, T。先进的PID控制，研究三角园区，数控:仪器仪表、系统和自动化学会，2006。

另请参阅

主题

介绍了R2010b

pidtune

语法

描述

输入参数

1-DOF控制器

二自由度控制器

具有固定权重的二自由度控制器

控制器形式

输出参数

例子

命令行PID控制器设计

设计标准形式的PID控制器

指定积分离散化方法

设计二自由度PID控制器

提示

算法

选择

参考文献

另请参阅

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