使用工厂附近的频率响应带宽设计PID控制器

这个示例使用:

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这个例子展示了几种方法之一来优化PID控制器不能线性化的植物。在本例中,您使用基于频率响应的PID调节器自动描述巴克转换器的频率响应在控制带宽,然后调整PID控制器。

Buck变换器模型

巴克转换器将直流转换为直流。模型在本例中使用开关电源30 v直流供电转换成直流供电监管。转换器建模使用场效应管而不是理想的开关,以确保设备on-resistances正确表示。参考电压测量电压的转换器反应包括MOSFET开关。传统PID设计需要一个系统的线性模型的“参考电压”(控制器输出)来测量电压。然而,由于开关在这个模型中,自动零系统线性化的结果。当一个模型中渗流为零,有几种选择。

Relinearize系统。在不同的操作点线性化模型或模拟快照时间。
确定一个新工厂。使用测量或模拟数据来确定植物模型(需要系统辨识工具箱™软件)。
基于频率响应的调优。使用模拟数据获取的频率响应。

对于这个示例,使用基于频率响应的PID调节器来估计系统的频率响应和优化PID控制器。为例,采用系统识别识别植物模型,明白了使用模拟I / O数据设计PID控制器。

在创建buck变换器模型的更多信息,见巴克转换器(Simscape电气)。

open_system (“scdbuckconverter”)

模型使用一个参考电压,开关从15到25伏在0.004秒和负载电流,积极从0.0025到0.005秒。控制器初始化与违约收益产生过度和缓慢沉降时间。模拟模型系统的显示欠阻尼和反应迟缓。

sim卡(“scdbuckconverter”)open_system (“scdbuckconverter /范围1”)open_system (“scdbuckconverter /范围2”)

对于这个示例,提高系统的带宽和相位幅度达到更好的性能通过描述系统使用频率响应估计和调整PID的收益。当调整PID控制器,考虑下面的buck变换器系统的特点。

没有系统进程或传感器噪声
控制器的输入是PWM信号
脉宽调制信号是有限的(饱和)在0和1之间
额定输出控制器的稳态是0.5

buck变换器系统,它需要有一个系统低上升时间和低过头。对于这个示例,调整控制器实现250 e-6秒的上升时间和过度的不到10%。

基于频率响应的PID调节器

打开反馈控制器子系统,然后打开PID控制器块对话框。在选择优化方法中,选择基于频率响应并点击调优。的基于频率响应的PID调节器打开的巴克转换器控制器。

的基于频率响应的PID调节器自动调为植物使用两个模拟PID控制器。第一个模拟生成一个基线反应。第二核电站仿真打破循环输入,并扰乱植物信号与正弦和步骤。调谐器的模拟反应,两者的区别,在模型中删除任何扰动的影响。然后调谐器使用结果数据来估计频率响应。最后,它使用估计的频率响应计算PID收益。

当你打开基于频率响应的PID调节器从PID控制器,它读取参数块确定PID控制器的结构。这些参数包括:

PID控制器类型(P, I,π,PID等)
PID控制器形式(平行,理想)
积分器的方法,如适用(向前欧拉、梯形等。)
微分滤波器方法,如适用(向前欧拉、梯形等。)
样品时间,如果适用的话

指定实验设置

在调优之前,指定实验调谐器执行的参数估计的频率响应。

开始时间是时间,以秒为单位,应用摄动信号调谐器开始。选择开始时间的工厂名义操作点你想使用的调优。对于这个示例,巴克转换器有一个初始瞬态,下降了0.002秒。因此,输入0.002开始时间。

指定持续时间扰动的实验。实验期间一个保守的估计是100除以目标带宽。目标带宽大约为2 /τ,τ是预期的上升时间。对于这个示例,所需的上升时间是250 e-6秒导致目标的带宽8000弧度每秒。在这个例子中,一个保守的估计期间将100/8000或0.0125秒。选择0.0125秒持续时间。

在实验过程中,注入了正弦信号调谐器工厂四个频率,(1/3,1、3、10) $\ omega_c美元$ ,在那里 $\ omega_c美元$ 您所指定的目标带宽优化。指定注射正弦波的振幅正弦振幅字段。