系统模型

本示例使用watertank_comp_design金宝app仿真软件模型。打开模型，在MATLAB^®命令行输入:

open_system (“watertank_comp_design”）

该模型包含水箱系统单回路反馈系统的被控对象模型和PID控制器。

要查看水箱型号，请打开水箱系统子系统。

该模型表示如下水箱系统。

在这里:

水从顶部进入水箱的速率与施加在水泵上的电压成正比。水从水箱底部的开口流出的速率与水箱内水高度的平方根成正比。水流流量的平方根的存在导致了非线性的植物。根据这些流量，储罐容积的变化率为:

设计要求

调整PID控制器满足以下闭环步进响应设计要求:

开放式控制系统设计器

打开控制系统设计，在Simulin金宝appk模型窗口中应用程序画廊,点击控制系统设计．

控制系统设计打开并自动打开“编辑架构”对话框。

指定要调优的块

要指定要调优的补偿器，请在Edit Architecture对话框中单击添加模块．

在“选择要调优的块”对话框中，在左侧窗格中，单击控制器子系统。在调优列，在方框中打勾PID控制器．

点击好吧．

在Edit Architecture对话框中，应用程序将选择的控制器块添加到要调优的块列表中块选项卡。在信号选项卡，该应用程序还添加输出PID控制器块到分析点的列表位置．

当控制系统设计打开时，它将以前在Simulink模型中定义的任何分析点添加到金宝app位置列表。为watertank_comp_design在美国，有两个这样的信号。

要线性化Simulink模型并设置金宝app控制架构，单击好吧．

默认情况下,控制系统设计在模型初始条件下对模型进行线性化。

应用程序将PID控制器添加到数据浏览器,在控制器和固定块部分。该应用程序还计算开环传递函数在输出PID控制器块，并将此响应添加到数据浏览器．

绘制闭环步进响应

分析控制器的设计，建立系统的闭环传递函数并绘制其阶跃响应曲线。

在控制系统选项卡上,单击新的剧情,并选择新的一步．

在“新建绘图步骤”对话框中选择对图则的回应下拉列表中,选择新的输入-输出传输响应．

要添加一个输入信号，在指定输入信号区域,点击+．在下拉列表中，选择想要的水位块。

要添加一个输出信号，在指定输出信号区域,点击+．在下拉列表中，选择水箱系统块。

要创建闭环传递函数并绘制阶跃响应，请单击情节．

要查看响应图上的最大超调，右键单击图区域并选择特征>峰值响应．

要查看响应图上的上升时间，右键单击绘图区域，并选择特征>上升时间．

将鼠标移到特征指标上，查看它们的值。目前的设计有:

这个响应不满足5%超调量的设计要求。

使用自动PID整定的整定补偿器

要使用自动PID整定来调整补偿器，请单击调优方法,并选择PID调优．

在“PID调优”对话框中规范部分，选择以下选项:

点击更新补偿器．该应用程序更新新的补偿器设置的闭环响应和更新阶跃响应图。

若要检查系统性能，请将鼠标放在响应特征标记上。带调谐补偿器的系统响应为:

这个响应超过了允许的最大超调量5%。上升时间比所需的5秒上升时间要慢得多。

使用波德图形调谐的调谐补偿器

为了减少上升时间，交互式地增加补偿增益使用图形波德调谐。

要打开开环Bode编辑器，单击调优方法,并选择波德编辑器．

在“选择要编辑的响应”对话框中，控件输出的开环响应PID控制器块已被选中。要打开此响应的Bode编辑器，请单击情节．

查看波德编辑器和阶跃响应并排的地块，就在视图选项卡上,单击左/右．

在波德编辑器绘图，拖动幅度响应向上增加补偿器增益。通过增加增益，可以增加带宽并加快响应速度。

当你向上拖动Bode响应时，应用程序会自动更新补偿器和相关的响应图。同样，当你释放情节时，在右侧的状态栏中，应用程序会显示更新后的增益值。

增加补偿器增益，直到阶跃响应满足设计要求。一个可能的解决方案是将增益设置为1．7．

在此增益值下，闭环响应有:

使用补偿器编辑器的微调控制器

要直接调优补偿器的参数，请使用补偿器编辑器。在波德编辑器，右键单击绘图区域，并选择编辑补偿器．

在补偿器编辑器对话框中，在参数tab，调整PID控制器增益。有关编辑补偿器参数的详细信息，请参见使用补偿器金宝app编辑器调整Simulink块．

调谐补偿器在满足设计要求的情况下，稳定时间超过30秒。为了提高沉降时间，调整P和我手动设置控制器参数。

例如，将补偿器参数设置为:

这个补偿器产生一个闭环响应:

仿真闭环系统金宝app

通过用调谐控制器参数模拟非线性Simulink模型来验证补偿器的设计。金宝app

将调谐补偿器参数写入PID控制器块,在控制系统设计,在控制系统选项卡上,单击更新模块．

在Simuli金宝appnk模型窗口中，运行仿真。

要查看闭环模拟输出，双击范围块。

非线性系统的闭环响应满足设计要求，上升时间小于5秒，超调极小。