调整PID控制器

Tune PID控制器在直播编辑器中LTI工厂

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描述

的调整PID控制器Live Editor任务允许您交互式调整工厂的PID控制器。任务会自动生成MATLAB^®现场脚本的代码。有关实时编辑器任务的详细信息，请参见将交互式任务添加到实时脚本．

调整PID控制器自动调整PID控制器的增益，以实现性能和鲁棒性之间的平衡。您可以指定控制器类型，如PI、PD或PID，带或不带导数滤波器。默认情况下,调整PID控制器假设以下标准单元反馈控制配置。

你也可以使用调整PID控制器为这张图的反馈配置设计一个二自由度PID控制器:

调整PID控制器生成分析图，可让您在时间和频域中检查控制器性能。您可以互动地改进控制器的性能以调整响应时间，环路带宽或相位余量，或者有利于设定点跟踪或干扰抑制。

开始使用调整PID控制器任务，选择工厂模型并指定要设计的控制器类型。对滑块进行实验，观察其对闭环系统响应的影响。例如，请参见LIVE编辑器中的PID控制器设计．

打开任务

要添加调整PID控制器任务到现场脚本在MATLAB编辑器:

在这一点直播编辑选项卡，选择任务>调整PID控制器．
在脚本的代码块中，键入相关的关键字，例如调优或者PID．选择调整PID控制器从建议的命令完成。

例子

参数

工厂和控制器设置

`植物`- 当前工厂
LTI模型

选择用于设计控制器的工厂。该列表包含Matlab工作区中存在的连续时间或离散时间Siso LTI模型，例如：

状态(SS.），转换功能（TF.)和零极增益(zpk)模型。
有关频率响应数据(的朋友)模型。对于这样的植物，只有频域设计目标和响应地块。
广义状态空间(一族)或不确定状态空间(我们)模型。这样的模型,调谐PID控制器使用可调谐和不确定组件的当前，名义值。
确定的模型，如中的难点和idtf楷模。

`形式`- 控制器形式
`'平行'`|`“标准”`

指定控制器表单。这两种形式在用于表示比例、积分和导数作用的参数和对导数项的滤波器上有所不同。有关并行和标准表单的信息，请参见:

`自由程度`—指定1自由度或2自由度控制器
`1dof.`（默认）|`2自由度`

默认情况下,调整PID控制器设计了一种单自由度控制器。这样的控制器有多达四个系数(见比例积分衍生（PID）控制器）。

您可以选择一个自由度（二进制）PID控制器。这种控制器包括对比例和衍生术语的设定值加权。2-DOF PID控制器能够快速扰动抑制，而无需在设定点跟踪中的过冲显着增加。您还可以使用2-DOF PID控制器来减轻控制信号上参考信号的变化的影响。有关更多信息，请参阅双程度自由的PID控制器．

`控制器类型`- 指定控制器具有的术语
`“π”`（默认）|`“PIDF”`|`'pid2'`|......

控制器类型指定PID控制器中存在哪些术语。例如，PI控制器有一个比例和一个积分项。PDF控制器有一个比例项和一个滤波的导数项。可选的控制器类型请参见整定的PID控制器类型．

系统性能目标

`领域`—指定性能目标的域
`“时间”`（默认）|`'频率'`

选择任务中显示目标性能参数的域。

时间- 使用滑块在响应时间和瞬态行为方面设置性能目标。时域调整不适用于频率响应数据设备，例如的朋友植物。
频率- 使用滑块在环路带宽和相位范围内设置性能目标。

域的选择不会影响底层控制器的设计或结果。您可以使用任何对您更方便或更适合您的应用程序的方法。例如，如果您的设计目标包括目标上升时间，那么您可能会发现在时间域中工作很方便。如果你有一个目标环路带宽，你可能更喜欢在频域工作。在这两个领域，参考跟踪和干扰抑制性能之间存在一个权衡。

`响应时间，瞬态行为`- 时间域绩效目标
滑块

当你设置时领域至时间，使用这些滑块来调整控制器的响应性和鲁棒性。

使用响应时间滑块使控制系统的闭环响应变快或变慢。若要更改滑块的限制，请将滑块拖动到左端或右端。若要将响应时间减少或增加10倍，请单击或者．
使用暂时行为滑块使控制器在干扰抑制（较小的值）或更强大的植物不确定性（较大的值）中更具侵蚀性。

时域调整不适用于频率响应数据设备，例如的朋友植物。

`带宽，相位余量`-频域性能目标
滑块

当你设置时领域至频率，使用这些滑块来调整控制系统的带宽和相位余量。

使用带宽滑块使控制系统的闭环响应更快或更慢（响应时间为2 /w_c，在哪里w_c是带宽)。若要更改滑块的限制，请将滑块拖动到左端或右端。如果需要减少或增加10倍的带宽，请单击或者．
对于离散时间控制器,调整PID控制器限制最大带宽π/ Ts，在哪里TS.是所选工厂的取样时间。
使用阶段保证金滑块使控制器在干扰抑制（较小的值）或更强大的植物不确定性（较大的值）中更具侵蚀性。

可选参数

`设计焦点`- 闭环性能目标有利于
`平衡`（默认）|`参考跟踪`|`输入干扰抑制`

对于给定的目标阶段边际，调整PID控制器选择一种平衡参考跟踪和抗干扰两个性能指标的控制器设计。当你改变设计焦点选择，调整算法试图调整PID增益，以有利于参考跟踪或干扰抑制，同时实现相同的目标相位裕度。

的设计焦点选项:

平衡- 对于给定的稳健性，调整控制器以平衡参考跟踪和干扰抑制。

参考跟踪- 调整控制器以支持参考跟踪，如果可能的话。

输入干扰抑制- 如果可能的话，调整控制器以支持扰乱拒绝。

系统中有更多可调参数，在不牺牲稳健性的情况下，PID算法越有可能实现所需的设计焦点。例如，设置设计焦点比P个或PI控制器更有可能对PID控制器有效。

在所有情况下，你能对系统性能进行多大程度的微调很大程度上取决于你的工厂的性能。对于一些植物，改变设计重点选项可能几乎没有效果。

`整体式，滤滤器`-离散积分和导数项的公式
`向前欧拉`（默认）|`向后欧拉`|`梯形`

对于离散时间PID控制器，有不同的方法来实现积分器和过滤术语。例如，对于并行形式的离散时间PID控制器，控制器传输功能是

$C ＝ K_{p} + K_{我} 我 F （ z ） + \frac{K_{d}}{T_{f} + D F （ z ）} ．$

如果（z）和DF（z）是离散集成商公式对于积分器和导数滤波器。(看看如果（z）和DF（z）影响其他控制器形式，包括标准表格和2-DOF控制器，见离散时间比例 - 积分 - 积分衍生物（PID）控制器。）

用积分公式和滤波器的公式选择值如果（z）和DF（z),分别。

向前欧拉—如果（z）或者DF（z）= $\frac{T_{年代}}{z - 1} ．$
该公式最适合小型采样时间，而奈奎斯特限值与控制器的带宽相比大。对于更大的样本时间，向前欧拉公式可能导致不稳定，即使在连续时间的连续时间稳定的系统中，也是如此。
向后欧拉—如果（z）或者DF（z）= $\frac{T_{年代} z}{z - 1} ．$
它的优点向后欧拉公式是用这个公式离散一个稳定的连续时间系统总是得到一个稳定的离散时间结果。
梯形—如果（z）或者DF（z）= $\frac{T_{年代}}{2} \frac{z + 1}{z - 1} ．$
它的优点梯形公式是使用该方法离散稳定的连续时间系统始终产生稳定的离散时间结果。所有可用的离散集成器公式，梯形产生离散化系统的频域属性和相应的连续时间系统之间最接近的匹配。

展示

`输出图`- 生成系统响应曲线
`步骤图：参考跟踪`（默认）|`步骤图：输入干扰抑制`|`波德图:开环`|......

指定用于观察PID控制器对系统性能的效果的响应曲线。您可以为不同的系统响应指定时间域步响应绘图或频域BODE曲线图。代码调整PID控制器在您的Live脚本中生成包括用于生成您选择的情节的代码。

可用的系统回复

对于PI，PIDF和PDF等1-DOF PID控制器类型，软件根据以下单环控制架构计算系统响应，其中G是你的指定植物和C为PID控制器:

对于2-DOF PID控制器类型，如PI2，PIDF2和I-PD，软件根据以下架构计算响应：

系统响应基于2-DOF PID控制器的分解，C，变成一个设定值组件Cr和反馈组件Cy，如双程度自由的PID控制器．

下表总结了分析图的可用响应。(对于频率响应数据植物，如的朋友模型，时域响应图不可用。）

响应	绘制的系统（1-DOF）	绘制的系统（2-DOF）	描述
`植物`	G	G	植物反应。用于检查植物动态。
`开环`	GC	gc_y	开环控制器 - 工厂系统的响应。用于频域设计。当您的设计规范包括稳健性标准时，如开环增益边距和相位余量。
`参考跟踪`	$\frac{G C}{1 + G C}$ （从r至y）	$\frac{G C_{r}}{1 - G C_{y}}$ （从r至y）	闭环系统响应设定点的步骤变化。当您的设计规格包括设定值跟踪时使用。
`控制器努力`	$\frac{C}{1 + G C}$ （从r至u）	$\frac{C_{r}}{1 - G C_{y}}$ （从r至u）	闭环控制器输出响应设定点的步骤变化。当您的设计受到实际限制的限制时，如控制器饱和度。
`输入干扰抑制`	$\frac{G}{1 + G C}$ （从d₁至y）	$\frac{G}{1 - G C_{y}}$ （从d₁至y）	闭环系统响应负载干扰（植物输入处的阶跃干扰）。当您的设计规格包括输入干扰抑制时使用。
`输出干扰抑制`	$\frac{1}{1 + G C}$ （从d₂至y）	$\frac{1}{1 - G C_{y}}$ （从d₂至y）	闭环系统对植物输出阶跃扰动的响应。当您想要分析建模错误的敏感性时使用。

`系统响应特性`-显示闭环响应的数字特征
`离开`（默认）|`上`

选择此选项以生成闭环或开环响应的数字特征的显示。

什么时候输出图是步进图，显示包括上升时间、沉降时间和超调百分比等特征。这些值总是来自控制系统输入的闭环阶跃响应的值r输出y，无论您为情节选择哪个特定的步骤响应。调整PID控制器使用stepinfo计算阶跃响应特性。有关如何解释这些值的详细信息，请参见stepinfo参考页面。
什么时候输出图是波德图，显示包括增益裕度和相位裕度等特性。这些值总是开环系统响应的值GC，无论你选择哪一个特定的波德图。调整PID控制器使用allmargin.计算频率响应特性。有关如何解释这些值的详细信息，请参见allmargin.参考页面。

`基线控制器`- 用于性能比较的控制器
`没有任何`（默认）|`从工作区中选择`

当您想将调谐控制器的性能与MATLAB工作空间中的另一个PID控制器进行比较时，请使用此选项。要做到这一点，就要选择从工作区中选择．出现另一个菜单，其中包含当前在工作区中的PID模型对象。该列表包括所有类型的PID模型对象（PID，PIDSTD.，pid2，或者pidstd2）与当前指定的工厂相同的时域。例如，如果工厂是一个离散时间 - 空间模型，则工作空间中的任何离散时间PID模型对象都可用作基线控制器。

当您指定基线控制器时，响应绘图更新以包括与基线控制器的系统响应的虚线图。

存储控制器进行比较

您可以存储一个设计，以便在进一步试验控制器类型、性能目标和其他设置时用作基线。要做到这一点，当你找到你想要用作基线的设计时:

请注意任务摘要行中控制器工作区变量的名称(参见尖端）。例如，如果名称是C，则电流控制器在MATLAB中的工作空间为C．
更改任务摘要行中的控制器变量的名称。例如，将其更改为CNEW.．
选择基线控制器并指定存储的控制器C作为基线。
当您进一步试验控制器设计时，任务将对工作区中的控制器的更改存储为CNEW.．图中显示了使用的基线响应C和调整的响应使用CNEW.．

尖端

选择工厂后，任务创建控制器并将其存储在MATLAB工作区中。存储的控制器是一个PID，PIDSTD.，pid2，或者pidstd2模型对象，由您的选择指定形式和自由程度．
存储控制器的默认变量名称是C．您可以通过将新名称键入任务摘要行来更改变量名称。
该任务还提供有关闭环系统在所谓的结构中的性能和稳健性的信息PidInfo.默认。有关此结构的信息，请参阅信息输出论点Pidtune.参考页面。

算法

调整PID控制器中讨论的算法PID优化算法．

另请参阅

介绍了R2019b

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相关功能

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例子

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