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基于频率特性的优化

基于频率响应的PID调节器模拟模型来估计工厂附近的几个频率频率响应控制带宽。然后使用估计的频率响应优化的收益PID控制器。这调谐器是一个有用的替代PID调谐器不能线性化的工厂操作点你想用于调优。

基于频率响应的PID调节器可以调整的P,我,D,N参数PID控制器和PID控制器(2自由度)在连续时间和离散时间。为PID控制器(2自由度)块,调谐器不调优选点权重b和c。

基于频率响应的PID调谐器是如何工作的

像互动PID调谐器,基于频率响应的PID调节器认为植物是所有块之间的循环PID控制器块的输出和输入。的基于频率响应的PID调节器执行一个扰动实验来评估工厂的开环频率响应。为此,调谐器执行以下步骤:

  1. 打破了反馈回路控制器输出和模拟模型,应用摄动信号。扰动包括正弦信号的频率(1/3,1、3、10)ωc,在那里ωc您所指定的目标带宽优化。如果工厂是渐近稳定,应用摄动信号还包括一个步骤。

  2. 措施在控制器的输入扰动的响应。

  3. 使用结果数据来估计植物频率响应四个频率。渐近稳定植物,调谐器也使用反应一步扰动估计植物直流增益。

  4. 使用频率响应计算PID增益估计平衡性能和鲁棒性。

如果你的模型包括干扰,调谐器可以运行两个模拟:模拟无扰动得到基线反应,和扰动的仿真应用于植物。然后调谐器使用两者的区别反应去除模型中的扰动的影响。在这种情况下,估计频率响应用于调优是基于这种disturbance-free反应。

开放基于频率响应的PID调节器

打开基于频率响应的PID调节器,在PID控制器块对话框中选择优化方法下拉列表中,选择基于频率响应。

点击调优。的基于频率响应的PID调节器打开。调谐器读取的一些参数PID控制器块。这些参数包括:

  • 控制器类型(如π,PD,或PID)

  • 控制器形式(平行或理想)

  • 控制器时域(连续时间和离散时间)

  • 控制器样品时间

在基于频率响应的PID调节器,你配置评估实验的设置和优化目标。

配置实验设置

在实验设置节中,您指定参数,控制频率特性估计的实验。关于这些设置的更多详细信息,点击帮助。

  1. 指定是否要运行两个模拟(默认)或1。如果你的模型包括干扰会影响频率特性评估实验的结果,选择2模拟(去除干扰)。选择这个选项,调谐器运行一个基线模拟和减去产生的频率响应的摄动模拟去除干扰的影响。如果您的模型不包括任何这样的干扰,跳过基线仿真通过选择1模拟。

  2. 指定工厂是否渐近稳定或只有一个积分器。植物是渐近稳定的,估计实验包括一个估计的直流增益。的基于频率响应的PID调节器执行这个估计通过注入信号一步进入工厂。

    谨慎

    不使用基于频率响应的PID调节器与一个不稳定的植物或植物包含多个集成商。

  3. 指定开始时间的实验开始时间(t0)字段。实验开始时工厂所需的平衡操作点。例如,如果你知道你的模拟必须运行10年代植物达到这样一个操作点,指定开始时间为10。

  4. 指定实验的持续时间持续时间(tspan)字段。让频率特性的实验运行足够长的时间估计算法收集充分的资料对一个好估计频率探头。实验持续时间一个保守的估计是100 /ωc,在那里ωc是你指定的目标带宽优化。

  5. 指定扰动振幅。在优化实验,基于频率响应的PID调节器注入一个正弦信号装置在四个频段,(1/3,1、3、10)ωc。使用正弦振幅(最佳)字段来指定这些注入信号的振幅。您可以提供一个标量值注入相同的振幅在每个频率,或一个向量的长度4指定不同的振幅。

    在一个典型的植物与典型目标带宽,实验植物响应频率的大小不会相差很大。在这种情况下,您可以使用一个标量值应用相同的大小扰动频率。然而,如果你知道响应频率范围急剧衰减,考虑减少低频输入和增加的振幅的振幅高频输入。最好是数值的估计实验当所有的植物反应有类似的大小。

    扰动振幅必须:

    • 足够大的扰动克服任何死区上方的植物致动器和生成响应噪声水平

    • 足够小,保证工厂在名义操作点附近的近似的线性区域,避免饱和植物输入或输出

    在实验中,正弦信号叠加(摄动步,如果有的话,在开环优化的情况下)。因此,可以至少一样大扰动振幅的总和。因此,为了获得适当的振幅值,考虑:

    • 致动器的限制。确保最大可能的扰动是你们工厂范围内的致动器。饱和执行器可以引入错误估计的频率响应。

    • 多少植物响应变化响应给定的致动器输入标称操作点的调优。例如,假设您优化PID控制器用于控制发动机转速。你已经确定,在目标频率带宽,1°节流角变化引起的变化约200 rpm的发动机转速。进一步假设保持线性性能速度不得超过100 rpm偏离名义操作点。在这种情况下,选择振幅扰动信号,确保不超过0.5(假设值执行机构范围内)。

    如果你的工厂是渐近稳定,指定振幅扰动步的步骤振幅(不涉及)字段。选择一个步骤的考虑振幅相同的考虑指定步骤振幅。

配置设计目标

在设计规范的对话框,你指定目标为PID调优。

在指定目标带宽目标带宽(rad /秒)字段。目标为0分贝增益带宽是目标价值交叉频率调谐的开环反应CP,在那里P是植物响应,C是控制器的响应。这种交叉频率大约设置控制带宽。对于一个想要上升τ,一个好的目标带宽2 /猜τ。

在目标阶段保证金(度)字段中,指定一个目标最小相位的交叉频率调谐开环反应。目标阶段利润率反映了预期的调整系统的鲁棒性。一般来说,选择一个值的范围大约45°- 60°。一般来说,更高的利润率改善过度阶段,但可以限制响应速度。默认值,60°,平衡性能和鲁棒性,产生过度约5 - 10%,根据植物的特点。

关于这些设置的更多详细信息,点击帮助。

优化和验证控制器增益

点击调优启动频率特性估计的实验。估计实验运行时,调谐器:

  • 关闭打开的PID控制器块。

  • 清除任何之前的调优的结果显示在调谐器对话框。

  • 取代了PID控制器在与一位不愿透露姓名的子系统模型。

请注意

估计实验完成或取消时,调谐器恢复PID控制器块。这个过程可能导致的位移信号导线模型的画布上,并将您的模型金宝app®模型具有未保存更改的状态。

估计实验结束时,调谐器计算新的PID收益和显示他们的优化结果部分的对话框。(关于调优结果的更多信息,请点击帮助。)

如果自动更新块被选中,基于频率响应的PID调节器写新的PID收益PID控制器块调优时完成。否则,单击更新PID块编写优化收益。模拟模型来验证调整收益对你完整的非线性系统。

一个例子说明使用基于频率响应的PID调节器调一个PID控制器块在一个仿真软件模型,金宝app没有线性化,明白了使用工厂附近的频率响应带宽设计PID控制器。

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