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pidtune

PID调节算法线性模型

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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PID控制器的类型类型的植物sys。如果类型指定一个自由度(1-DOF) PID控制器,该控制器是专为单位反馈回路的说明:

如果类型指定了两个自由度的二自由度PID控制器,然后pidtune设计一个二自由度控制器的反馈回路的说明:

pidtune曲调PID控制器的参数C平衡性能(响应时间)和健壮性(稳定的利润)。

C= pidtune (sys,C0)设计一个控制器相同的类型和形式的控制器C0。如果sys和C0离散时间模型,C离散积分公式一样吗C0。

C= pidtune (sys,类型,wc)和C= pidtune (sys,C0,wc)指定一个目标价值wc第一0分贝增益交叉频率的开环反应。

C= pidtune (sys、……选择)使用额外的优化选项,如目标阶段。使用pidtuneOptions指定的选项集选择。

(C,信息]= pidtune (…)返回的数据结构信息,其中包含的信息闭环稳定,选中的开环增益交叉频率,实际的阶段。

输入参数

sys

对于单输入,动态系统模型植物的控制器设计。sys可以是:

  • 任何类型的输出动态系统模型,包括数字线性时不变模型和识别模型。如果sys是一个可调或不确定的模型,pidtune设计一个控制器为当前或名义价值sys。

  • 连续或离散时间模型。

  • 稳定,不稳定,或集成。植物与不稳定的波兰人,然而,可能不是PID控制下的积。

  • 一个模型,其中包括任何类型的时间延迟。植物长时间延迟,但是,可能不会实现PID控制下足够的性能。

  • 植物模型的一个数组。如果sys是一个数组,pidtune设计一个独立的控制器为每个数组中。

如果工厂不稳定极点,sys是下列之一:

  • 一个的朋友模型

  • 一个党卫军模型内部时间延迟,不能转化为I / O延迟

你必须使用pidtuneOptions指定的数量不稳定的波兰人在植物,如果任何。

类型

控制器的类型控制器设计、指定为一个特征向量。这个词控制器类型是指哪些术语存在控制器动作。例如,一个比例积分控制器只有一个比例和积分项,而PIDF控制器包含比例,积分器,过滤导数项。类型可以总结如下的值。对于更详细的信息关于这些控制器类型,明白了为优化PID控制器类型

1-DOF控制器

  • “P”——比例只

  • “我”——积分只

  • “π”——比例和积分

  • “PD”——比例和衍生品

  • “PDF”——比例和导数与一阶滤波器在导数项

  • “PID”——比例、积分和导数

  • “PIDF”——比例、积分和导数与一阶滤波器在导数项

二自由度控制器

  • “皮”——双自由度比例和积分

  • “PD2”——双自由度比例和导数

  • “PDF2”——双自由度比例和导数与一阶滤波器在导数项

  • “PID2”——双自由度比例、积分和导数

  • “PIDF2”——双自由度比例、积分和导数与一阶滤波器在导数项

二自由度PID控制器一般的更多信息,请参阅二自由度PID控制器。

与定值权重二自由度控制器

  • “I-PD”——二自由度PIDb= 0,c= 0

  • “I-PDF”——双自由度PIDFb= 0,c= 0

  • “ID-P”——二自由度PIDb= 0,c= 1

  • “IDF-P”——双自由度PIDFb= 0,c= 1

  • “πd的”——二自由度PIDb= 1,c= 0

  • “PI-DF”——双自由度PIDFb= 1,c= 0

关于fixed-setpoint-weight二自由度PID控制器的更详细的信息,明白了为优化PID控制器类型。

控制器形式

当你使用类型输入,pidtune并行设计一个控制器(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控制器标准(pidstd或pidstd2)的形式。

如果sys是一个离散时间模型与样本的时间吗Ts,pidtune设计了一种离散控制器具有相同Ts。控制器的ForwardEuler离散积分器积分和导数公式的行动。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公式。

对PID控制器形式和公式的更多信息,见:

C0

设计控制器的PID控制器设置属性,指定为一个pid,pidstd,pid2,或pidstd2对象。如果您提供C0,pidtune:

  • 设计的控制器类型为代表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。

  • 返回一个相同的控制器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更多信息参考页Iformula和Dformula。

wc

目标价值0分贝增益交叉频率调谐的开环反应。指定wc以弧度为单位/TimeUnit,在那里TimeUnit的时间单位是sys。交叉频率wc大约设置控制带宽。闭环响应时间大约是1 / wc。

增加wc加快响应速度。减少wc提高稳定性。当你忽略wc,pidtune自动选择一个值,基于植物动力学响应之间达到一种平衡与稳定。

选择

选项设置指定额外的优化选项pidtune设计算法,如目标阶段保证金或设计的焦点。使用pidtuneOptions创建选择。

输出参数

C

控制器设计sys。如果sys线性模型是一个数组,pidtune为每个线性模型设计一个控制器和PID控制器返回一个数组。

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通常指定的类型。

  • 如果第二个参数pidtune是C0,C通常具有相同的类型C0。

在这两种情况下,然而,该算法可以达到足够的性能和鲁棒性比指定使用一个低阶控制器类型或C0,pidtune返回一个C较少比指定的动作。例如,C可以是一个比例积分控制器即使类型是“PIDF”。

时间域:

  • C时域一样吗sys。

  • 如果sys是一个离散时间模型,C样品时间一样吗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更多信息参考页Iformula和Dformula。

如果您指定C0,C还获得模型属性等InputName和OutputName从C0。关于模型属性的更多信息,请参见参考页面为每个类型的动态系统模型。

信息

数据结构包含的信息调整PID回路的性能和鲁棒性。等领域的信息是:

  • 稳定的——布尔值表明闭环稳定。稳定的1如果闭环稳定,否则和0。

  • CrossoverFrequency-第一0分贝交叉频率的开环系统C*sys,在rad / TimeUnit,在那里TimeUnit中指定的时间单位TimeUnit的属性sys。

  • PhaseMargin——边缘调整PID相回路,在度。

如果sys是一个数组的植物模型,信息是一个数据结构数组包含每个调整PID的信息循环。

例子

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打开生活的脚本

这个例子展示了如何设计PID控制器的工厂:

年代 y 年代 = 1 ( 年代 + 1 ) 3 。

第一遍,创建一个模型的植物和设计一个简单的PI控制器。

sys = zpk ([] (1 1 1) 1);[C_pi,信息]= pidtune (sys,“π”)
C_pi = 1 + Ki *——年代Kp = 1.14, Ki = 0.454连续时间比例积分控制器并联形式。
信息=结构体字段:稳定:1 CrossoverFrequency: 0.5205 PhaseMargin: 60.0000

C_pi是一个pid控制器对象代表一个PI控制器。等领域的信息表明,该优化算法选择一个开环交叉频率约为0.52 rad / s。

检查闭环控制系统的阶跃响应(参考跟踪)。

T_pi =反馈(C_pi * sys, 1);步骤(T_pi)

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含一个类型的对象。这个对象表示T \ _pi。

提高响应时间,您可以设置更高的目标交叉频率比的结果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 + Ki *——年代Kp = 2.83, Ki = 0.0495连续时间比例积分控制器并联形式。
信息=结构体字段:稳定:1 CrossoverFrequency: 1 PhaseMargin: 43.9973

新控制器实现交叉频率越高,但利润降低成本的阶段。

比较两个控制器的闭环阶跃响应。

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

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含2线类型的对象。这些对象代表π,π,快。

这减少性能结果,因为PI控制器没有足够的自由度来实现一个好的阶段保证金的交叉频率1.0 rad / s。添加一个微分作用提高了响应。

设计一个PIDF控制器Gc与目标交叉频率1.0 rad / s。

[C_pidf_fast,信息]= pidtune (sys,“PIDF”,1.0)
C_pidf_fast = 1 s Kp + Ki * - + Kd * - - - - - - - - - - Tf *年代和Kp = 2.72 + 1, Ki = 0.985, Kd = 1.72, = 0.00875特遣部队连续时间PIDF控制器并联形式。
信息=结构体字段:稳定:1 CrossoverFrequency: 1 PhaseMargin: 60.0000

领域的信息表明,控制器的微分作用允许调优算法设计一个更激进的控制器实现目标交叉频率与良好的阶段。

比较闭环阶跃响应和扰动抑制快速π和PIDF控制器。

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”);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含2线类型的对象。这些对象代表π,快,PIDF、快速。

可以比较的输入(负载)干扰抑制控制系统的快速π和PIDF控制器。为此,情节闭环传递函数的响应从植物的输入输出。

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”);

图包含一个坐标轴对象。坐标轴对象包含2线类型的对象。这些对象代表π,快,PIDF、快速。

这图显示PIDF控制器还提供了更快的抗干扰性。

打开生活的脚本

设计PID控制器在以下工厂的标准形式。

sys = 1 ( 年代 + 1 ) 3

在标准形式来设计一个控制器,控制器的使用标准形式C0参数pidtune。

sys = zpk ([] (1 1 1) 1);C0 = pidstd (1 1 1);C = pidtune (sys, C0)
C = 1 1 Kp *(1 +——道明* * - + s) Ti年代Kp = 2.18, = 2.57, Td = 0.642连续PID控制器标准形式
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设计一个离散PI控制器使用指定的方法离散化积分器。

如果你的工厂是在离散时间,pidtune自动返回一个离散时间控制器使用默认向前欧拉积分法。指定一个不同的集成方法,使用pid或pidstd创建一个离散时间控制器所需的集成方法。

sys =汇集(tf ([1], [1 5 6]), 0.1);C0 = pid (1, 1,“t”,0.1,“IFormula”,“BackwardEuler”);C = pidtune (sys, C0)
C = t * z Kp + Ki * - - - - - - z 1 Kp = -0.0658, Ki = 1.32, t = 0.1样品时间:0.1秒离散PI控制器并联形式。

使用C0作为输入的原因pidtune设计一个控制器C相同的形式、类型和离散化方法C0。显示器显示项的积分C使用向后欧拉积分法。

指定一个梯形积分器和比较得到的控制器。

C0_tr = pid (1, 1,“t”,0.1,“IFormula”,“梯形”);Ctr = pidtune (sys C0_tr)
Ctr = t * (z + 1) Ki * - - - - - - - - - - 2 * (z 1)和Ki = 1.32, t = 0.1样品时间:0.1秒离散时间我只控制器。
打开生活的脚本

设计一个二自由度PID控制器的工厂传递函数:

G ( 年代 ) = 1 年代 2 + 0 。 5 年代 + 0 。 1 。

使用目标带宽1.5 rad / s。

wc = 1.5;特遣部队(G = 1, 0.5 - 0.1 [1]);C2 = pidtune (G,“PID2”wc)
C2 = 1 u = Kp (b * r y) + Ki - - - (r y) + Kd * (c * r y)年代Kp = 1.26, Ki = 0.255, Kd = 1.38, b = 0.665, c = 0连续时间二自由度PID控制器并联形式。

使用类型“PID2”原因pidtune生成一个二自由度控制器,表示为pid2对象。显示证实了这个结果。显示还显示pidtune曲调所有控制器系数,包括选点权重b和c,平衡性能和鲁棒性。

提示

  • 默认情况下,pidtune与类型输入返回一个pid控制器并联形式。在标准形式来设计一个控制器,使用pidstd控制器作为输入参数C0。关于平行的更多信息和标准控制器形式,看到pid和pidstd参考页面。

  • 交互式实时编辑器中的PID调优,请参阅调整PID控制器住编辑任务。这个任务可以交互式地设计PID控制器,并自动生成MATLAB®您的生活脚本代码。

算法

MathWorks信息®PID调节算法,明白了PID优化算法。

选择

引用

Astrom, k . j .和Hagglund T。先进的PID控制研究三角园,NC:仪器仪表、系统和自动化的社会,2006年。

另请参阅

功能

应用程序

住编辑任务

对象

主题

介绍了R2010b

控制系统工具箱文档

金宝app

学习如何自动调整PID控制器增益

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