系统模型

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

open_system (“watertank_comp_design”）

此模型包含一个水箱系统一种植物模型和PID控制器的单回路反馈系统。

要查看水箱模型，请打开水箱系统子系统。

该模型表示以下水箱系统。

在这里:

水以与施加在泵上的电压成正比的速率从顶部进入水箱。水从水箱底部的一个开口中以与水箱中水高度的平方根成正比的速率流出。水流速率的平方根的存在导致了一个非线性的植物。根据这些流量，罐容积的变化率为:

设计要求

调优PID控制器，使其满足以下闭环阶跃响应设计要求:

开放式控制系统设计者

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

控制系统设计者打开并自动打开“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“编辑体系结构”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。在调优列时，选中PID控制器．

点击好吧．

在Edit Architecture对话框中，应用程序将所选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，应用程序还添加的输出PID控制器块到列表中的分析点位置．

当控制系统设计者打开时，它将先前在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，有两个这样的信号。

若要线性化Simulink模型并设金宝app置控制体系结构，请单击好吧．

默认情况下,控制系统设计者在模型初始条件下线性化植物模型。

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。该应用程序还计算在输出的开环传递函数PID控制器块，并将此响应添加到数据浏览器．

绘制闭环阶跃响应图

为了分析控制器设计，创建系统的闭环传递函数并绘制其阶跃响应。

在控制系统选项卡上,单击新的剧情，并选择新的一步．

在“绘制的新建步骤”对话框中选择对图的响应下拉列表，选择新的投入产出转移响应．

中添加一个输入信号指定输入信号区域,点击+．在下拉列表中选择期望水位块。

中添加输出信号指定输出信号区域,点击+．在下拉列表中选择水箱系统块。

若要创建闭环传递函数并绘制步长响应，请单击情节．

要查看响应图上的最大超调量，右键单击图区域，然后选择特征>峰值响应．

要查看响应图上的上升时间，右键单击图区域，并选择特征>上升时间．

将鼠标悬停在特征指标上，可以查看特征指标的数值。目前的设计有:

此响应不满足5%超调设计要求。

使用自动PID整定调整补偿器

要使用自动PID调优来调优补偿器，请单击调优方法，并选择PID调优．

在“PID整定”对话框中规范部分，选择以下选项:

点击更新补偿器．应用程序更新了新的补偿器设置的闭环响应，并更新了步进响应图。

若要检查系统性能，请将鼠标移到响应特征标记上。带调谐补偿器的系统响应为:

此响应超过了允许的最大超调5%。上升时间比要求的5秒上升时间要慢得多。

调优补偿器使用博德图形调优

为了减少上升时间，交互式增加补偿器增益使用图形博德调谐。

单击，打开开环波德编辑器调优方法，并选择波德编辑器．

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

浏览波德编辑器而且阶跃响应地块并排，就上了视图选项卡上,单击左/右．

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

当你向上拖动波德响应时，应用程序会自动更新补偿器和相关的响应图。此外，当你释放绘图，在状态栏，在右侧，应用程序显示更新的增益值。

增加补偿器增益，直到阶跃响应满足设计要求。一个潜在的解决方案是将增益设置为1.7．

在此增益值处，闭环响应为:

使用补偿器编辑器微调控制器

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，选择编辑补偿器．

在“补偿器编辑器”对话框中参数tab，整定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编辑器优化Simulink块．

调整后的补偿器在满足设计要求的同时，稳定时间超过30秒。为了提高沉淀时间，可以调整P而且我手动设置控制器参数。

例如，将补偿器参数设置为:

该补偿器产生一个闭环响应，响应为:

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模型来验证补偿器设计。金宝app

将调优补偿器参数写入PID控制器块,在控制系统设计者，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。

若要查看闭环仿真输出，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，超调量最小。