开放工厂模式

该装置是一个连续搅拌槽式反应器(CSTR)，在广泛的操作点上运行。单个PID控制器可以有效地利用冷却液温度在PID控制器设计的小工作范围内调节输出浓度。然而，由于被控对象是一个强非线性系统，当工作点发生显著变化时，控制性能会下降。闭环系统甚至会变得不稳定。

打开CSTR工厂模型。

mdl =“scdcstrctrlplant”；open_system (mdl)

有关此系统的更多信息，请参阅[1]。

增益调度简介

解决非线性控制问题的常见方法是使用线性控制器使用增益调度。一般来说，设计增益调度控制系统需要四个步骤。

有关增益调度的更多信息，请参阅[2]。

此示例侧重于设计非线性CSTR工厂的PID控制器系列。

获得多工作点的线性植物模型

输出集中C用于识别不同的操作区域。CSTR装置可以在低转化率(C=9.）和高转换率（C=2）.在本例中，将操作范围划分为8个区域C=2通过9.．

指定操作区域。

C = [2 3 4 5 6 7 8 9];

创建默认操作点规范数组。

op = operspec（mdl，numel（c））;

通过指定输出浓度是已知值并指定输出浓度值来初始化操作点规范。

为了ct = 1：numel（c）op（ct）.outputs.known = true;OP（CT）.outputs.y = C（CT）;结尾

计算平衡工作点对应的值C．

OPOINT = SINDOP（MDL，OP，FindopOptions（'displayReport'那“关闭”））;

在这些操作点线性化电厂。

植物=线性化（MDL，OPOINT）;

由于CSTR工厂是非线性的，线性模型显示不同的特性。例如，具有高和低转换率的工厂模型稳定，而其他工厂则不是。

趋于稳定(植物,“elem”'

ans = 1x8逻辑阵列1 1 0 0 0 0 1 1

为电厂模型设计PID控制器

要批量设计多个PID控制器，请使用pidtune功能。以下命令以并行形式生成一个PID控制器数组。所需的开环交叉频率为1RAD / SEC和相位裕度是默认值60.程度。

控制器= PidTune（植物，“pidf”1);

显示控制器C=4.．

控制器(::4)

ans = 1 s kp + ki * --- + kd * -------- s tf * s + 1带kp = -12.4，ki = -1.74，kd = -16，tf = 0.00875连续时间PIDF控制器以并行形式。

为了分析步骤设定点跟踪的闭环响应，首先构造闭环系统。

clsys =反馈(植物*控制器,1);

绘制闭环响应。

图保存在为了ct = 1：长度（c）％从LTI数组中选择一个系统sys = clsys (:,:, ct);sys.name = [“C =”，num2str（c（ct））];sys.inputname =.“参考”；％绘图步骤响应Stepplot（SYS，20）;结尾传奇（'展示'那'地点'那“东南”）

所有闭环都是稳定的，但不稳定的超调(C=4.， 通过7.)太大了。为了改善不稳定对象模型的结果，将目标开环带宽增加到10.rad /秒。

控制器= PidTune（植物，“pidf”10);

显示控制器C=4.．

控制器(::4)

ans = 1 s kp + ki * --- + kd * -------- s tf * s + 1带kp = -283，ki = -151，kd = -128，tf = 0.0183连续时间PIDF控制器以并行形式。

构造闭环系统，并对新控制器绘制闭环步骤响应。

clsys =反馈(植物*控制器,1);图保存在为了ct = 1：长度（c）％从LTI数组中选择一个系统。sys = clsys (:,:, ct);集(sys,'姓名', (“C =”，num2str（c（ct））]，“InputName”那“参考”)；%绘制阶跃响应。stepplot (sys, 20)结尾传奇（'展示'那'地点'那“东南”）

所有的闭环响应现在都令人满意。为了进行比较，请检查在所有操作点使用同一控制器时的响应。创建另一套闭环系统，每个系统都使用C=2控制器，并绘制他们的回复。

clsys_flat =反馈（工厂*控制器（：，：，1），1）;图Stepplot（clsys，clsys_flat，20）图例（'C取依赖控制器'那'单控制器'）

针对每种浓度分别设计的PID控制器阵列比单个控制器的性能要好得多。

然而，基于全非线性系统的线性近似来计算上面所示的闭环响应。要验证设计，请使用PID控制器块在模型中实现调度机制，如图所示实现增益调度PID控制器（金宝appSimulink Control Design）．

关闭模型。

bdclose (mdl)

参考文献

戴尔·E，托马斯·f·埃德加，邓肯·a·梅利尚。过程动态和控制．第二版，John Wiley & Sons, Inc .， 2004，第34-36页。

拉夫，威尔逊J.和杰夫S.沙玛。“增益调度研究”。自动36，不。10（2000年10月）：1401-1425。