使用开环PID自整定块实时整定PID控制器

打开脚本

这个例子展示了如何使用开环PID自动调谐块在模拟和实时中调谐发动机转速控制系统的PI控制器。

开环PID自动调谐器块允许您实时调整单环PID控制器。它进行了一个开环实验，向植物注入扰动信号，并根据在所需带宽附近估计的植物频率响应计算PID增益。

开环PID自动整定块支持两种典型的实时应用PID整定场景。金宝app

在硬件上部署块，并在没有Simulink®的情况下在独立的实时应用程序中使用它。金宝app
在硬件上部署块，但使用外部模式在Simulink中监控和管理实时调优过程。金宝app外部模式允许在主机上运行的Simulink框图与在硬件上运行的生成的代码之间进行通信。金宝app

本例重点介绍第二种场景，其中使用开环PID自动调谐器块使用外部模式实时调谐发动机转速控制系统。

Simu金宝applink模型包含一个PID块、一个开环PID自动调谐块和一个引擎模型。

mdl =“scdspeedctrlOnlinePIDTuning”;open_system (mdl)

PI控制器具有P = 0.01和I = 0.01的初始增益，通过“P”和“I”输入外部提供给PID块。拥有外部P和I增益允许您在开环PID自动调谐块计算新的增益后更改它们。

在PID块和发动机模型之间插入开环PID自动调谐块。启动/停止信号用于启动和停止开环实验。当没有实验运行时，Open-Loop PID Autotuner块表现为单位增益块，其中“u”信号直接传递给“u+Δu”。当实验结束时，块调整PID增益并在“PID增益”端口输出。

在实时使用开环PID自动调谐器块时，有几个重要的考虑因素。

该装置必须是渐近稳定的，因为在调谐过程中进行了开环实验。如果你的电站只有一个积分器，你仍然可以通过选择不估计电站直流增益来使用块。但是，在这两种情况下，您必须在调优过程中密切监视设备行为，并在设备过于接近不希望的操作条件时及时进行干预。
为了帮助更准确地实时估计机组频率响应，在调谐过程中应该有最小的负载扰动。块期望装置输出仅仅是对注入扰动信号的响应，负载扰动会使输出失真。
PID块中的“跟踪模式”(TR输入)打开，使PID块在整定过程中跟踪真实植物输入“u+Δu”。当闭环关闭和PID块在整定过程完成后恢复控制时，应该始终使用该特性来提供无扰动传输。

将open - loop PID Autotuner块与工厂模型和PID块正确连接后，打开块对话框，指定整定和实验设置。

在调优选项卡，有两个主要的调优设置。

在实验Tab，有两个主要的实验设置。

正弦振幅:注入的正弦波振幅。在本例中，所有四个正弦波都选择0.1，这是工厂名义输入9的一部分。在调谐过程中，装置输出在1900到2100 rpm之间变化，大约是2000年额定装置输出的+/- 5%。目标是保持电站运行在标称工作点附近，以避免刺激非线性电站行为。

一步振幅:注入阶跃信号的振幅。在本例中，也选择0.1。如果电站只有一个积分器，就不能估计直流增益。在这种情况下，清除用阶跃信号估计直流增益参数。因此，没有台阶信号注入到植物。

如果您在Simulink中构建了一个植物模型，建议在使用外部模式的块进金宝app行实时调整之前，在正常模式下对植物模型模拟开环PID自动调谐器块。模拟可以帮助您识别信号连接和块设置中的问题，以便在生成代码之前调整它们。

sim (mdl);

在本例中，发动机转速参考信号在前20秒内从2000转到3000转，然后回到2000转。P = 0.01和I = 0.01的原始增益在瞬态中引起强烈振荡，必须进行调整。

20秒后，设备以2000转/分的标称工作点运行，并开始在线PID整定。实验持续时间为50秒，因为保守的指导方针表明，在线频响估计需要大约100/带宽秒才能收敛。

当PID整定在70秒停止时，新的增益P = 0.0026和I = 0.0065立即在“PID增益”输出口可用，并发送到PID块的外部P和I端口，覆盖原始增益。当闭环关闭，PID块恢复控制时，暂态几乎没有颠簸。

发动机转速参考信号从2000转到3000转，然后在80到100秒之间再次回到2000转。新的PI增益提供了更好的闭环响应。

要在外部模式下针对物理引擎调整PI控制器，您可以将Simulink模型中的引擎模型部分替换为硬件接口块，这些硬件接口块提供rpm测量值为“y”，并将节气门角度发送给执行器为“u”。金宝app

作为示例，下面的Simulink图配置为在外部模式下调优，金宝app假设您的PI控制器运行在Arduino®DUE板上，并通过串行端口与物理引擎通信。

为了使原始模型在外部模式下工作，对原始Simulink模型作了以下更改(按顺序)。金宝app

有一台运行Simulink的主机计算机，并通过USB连接与Ar金宝appduino DUE板通信。
为Arduino金宝app硬件软件金宝app安装Simulink支持包。如果您的硬件不同，则必须安装不同的硬件支持包。金宝app
在“配置参数”对话框中解算器窗格，选择“固定步骤”求解器类型。在硬件实现面板中，选择“Arduino DUE”硬件板。
用两个串行接口块替换原始模型中的引擎模型部分。Arduino板上运行的Open-Loop PID Autotuner模块实时从Serial Receive模块(从传感器)收集植物输出，并使用Serial Transmit模块(到执行器)将实验信号发送到发动机。
为了更灵活的实时操作，启动和停止调优过程通过手动“调优开关”，而不是基于模拟时钟。类似地，通过翻转“增益开关”来更新PI增益，并通过翻转“参考开关”来更改参考信号。
在Simulink模型中选择“外部模式”，将仿真时间设置为“金宝app无限”。

运行模拟。首先，Simu金宝applink为整个模型生成代码，并将其下载到Arduino DUE板。程序在板上开始运行后，您可以实时监控范围内的植物输入和输出。当装置达到2000rpm的标称工作点时，使用三个手动开关来调优、更新和验证控制器。