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调谐2-DOF PID控制器(PID调谐器)

此示例显示如何使用自由度(2-DOF)PID控制器使用PID调谐器。该示例还将2-DOF控制器性能与1-DOF PID控制器实现的性能进行了比较。

在这个例子中,你将工厂代表为一个LTI模型。有关使用的信息PID调谐器调整A.PID控制器(2DOF)在Simulink中块金宝app®模型,参见设计两级自由度PID控制器(金宝appSimulink Control Design)

2-DOF PID控制器包括比例和衍生术语的设定值加权。与一个DOF PID控制器相比,2-DOF PID控制器可以实现更好的扰动抑制,而无需在设定点跟踪中的过冲显着增加。使用2-DOF PID控制器的典型控制架构如下图所示。

对于此示例,首先为植物设计1-DOF控制器:

G S. = 1 S. 2 + 0.5 S. + 0.1

g = tf(1,[1 0.5 0.1]);Pidtuner(g,'pid')

假设对于此示例,您的应用程序需要比响应更快的响应PID调谐器初始设计。在旁边的文本框中响应时间滑块,输入2。

由此产生的响应是快速的,但具有相当大的过冲。设计2-DOF控制器以改善过冲。首先,将1-DOF控制器设置为基线控制器以进行比较。点击出口并选择另存为基线

设计2-DOF控制器。在里面类型菜单,选择PID2.

PID调谐器生成具有相同目标响应时间的2-DOF控制器。在右下方显示的控制器参数显示PID调谐器调整所有控制器系数,包括设定值权重B.C,平衡性能和鲁棒性。比较二方控制器性能(实线),具有作为基线(虚线)存储的1-DOF控制器的性能。

添加第二次自由度消除了参考跟踪响应中的过冲。接下来,添加步进响应图以比较两个控制器的干扰抑制性能。选择添加图画>输入干扰抑制

PID调谐器用参考跟踪图并排将干扰抑制绘制绘制。

干扰抑制性能与两个控制器相同。因此,使用2-DOF控制器消除了参考跟踪过冲,而无需任何成本扰乱拒绝。

你可以通过改变来改善干扰拒绝PID调谐器设计焦点。首先,单击出口并选择另存为基线再次将2-DOF控制器设置为基线进行比较。

改变PID调谐器设计焦点以支持参考跟踪而不改变响应时间或瞬态行为系数。为此,请单击选项,在重点菜单,选择输入干扰抑制

PID调谐器通过重点关注干扰抑制性能自动重新调整控制器系数。

使用默认平衡设计焦点,PID调谐器选择A.B.0到1之间的价值,对于这种植物,当您更换设计重点以倾向于扰乱拒绝,PID调谐器B.= 0且C= 0.因此,PID调谐器自动生成I-PD控制器以优化干扰抑制。(明确指定I-PD控制器而不设置设计焦点会产生类似的控制器。)

响应图表明,随着设计焦点的变化,与平衡的2-DOF控制器相比,扰动抑制进一步改善。这种改进具有一些牺牲的参考跟踪性能,这略微慢。但是,参考跟踪响应仍然没有过冲。

因此,使用2-DOF控制可以改善干扰抑制,而不牺牲尽可能多的参考跟踪性能作为1-DOF控制。这些对系统性能的影响很大程度上取决于植物的属性和控制器的速度。对于某些植物和一些控制带宽,使用2-DOF控制或改变设计焦点对调谐结果的影响较小或没有影响。

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