使用PID控制器进行防风控制

开放式

模型描述

此示例显示了如何在执行器饱和时使用防风方案来防止PID控制器中的集成卷绕。我们在Simulink®中使用PID控制器块，其具有两个内置的防风方法金宝app，回计算和夹紧以及跟踪模式来处理更复杂的场景。

待控制的植物是具有死区时间的饱和一阶过程。

我们首先打开模型。

图1：金宝app输入饱和度PID控制的SIMULINK模型。

要打开此模型，请键入sldemo_antiwindup.在Matlab®终端。

使用Simulink®ControlDesign™的PID调谐器忽略了PID控制器。金宝app

受控工厂是一个具有死区时间的一阶过程

$p（s）= \ frac {1} {10s + 1} e ^ { - 2s}$

该工厂具有已知的[-10,10]的输入饱和度限制，其被占用在标记的植物执行器的饱和块中。Simulink中的PID控制器块具有两个内置的防风方法金宝app，允许PID控制器块算用于有关工厂输入饱和度的可用信息。

表现而不使用抗风

首先，当PID控制器块不考虑饱和模型时，我们检查饱和度饱和对闭环的影响。模拟图1中的模型生成如下所示结果。

图2：设定点与测量输出，没有防绕组。

图3：控制器输出和饱和输入，没有防绕组。

图2和3突出显示使用输入饱和度的系统时出现的两个问题：

当设定值为10时，PID控制信号在约24处达到稳态，在致动器的范围内。因此，控制器在非线性区域中操作，其中增加控制信号对系统输出没有影响，该条件已知为弯曲。请注意，工厂的直流增益是Unity，因此控制器输出没有理由在执行器范围之外的稳态值。
当设定值变为5时，在PID控制器输出返回到致动器范围内之前存在相当大的延迟。

设计PID控制器以解释饱和度的效果，通过允许它在大部分时间内运行在线性区域并从非线性恢复恢复来提高其性能。防风电路是实现这一目标的一种方式。

基于背部计算配置防卷的块

当控制器击中指定饱和度限制并进入非线性操作时，后计算防风方法使用反馈回路来排出PID控制器内部积分器。要启用防风，请转到输出饱和度在块对话框中的选项卡;选择限制输出;并进入植物的饱和限制。然后，选择回计算来自抗卷绕方法菜单并指定背部计算系数（KB）。该增益的倒数是抗卷绕回路的时间常数。在此示例中，选择后计算增益为1.有关如何选择此值的更多信息，请参阅参考[1]。

图4：启用后计算防风方法。

启用后部计算后，块具有内部跟踪环路，可排出积分器输出。

图5：PID控制器块的屏蔽视图具有后部计算。

图6和7示出了通过激活抗绕组模拟模型的结果。注意PID控制信号返回线性区域的快速以及循环从饱和度的快速恢复。

图6：设定点与测量输出，背部计算。

图7：控制器输出和背部计算的饱和输入。

图7显示了控制器输出你（t）和饱和的输入坐了（U）彼此相互作为，因为限制输出已启用。

为了更好地可视化抗卷绕的效果，图8说明了植物测量的输出y（t）没有防卷化。

图8：测量输出，无逆转。

基于积分器夹紧配置防绕组块

另一个常用的防风策略是基于条件集成。要启用防风，请转到PID高级在块对话框中的选项卡;选择限制输出;并进入植物的饱和限制。然后，选择夹紧来自抗卷绕方法菜单。

图9：设定值与钳位测量输出。

图10：控制器输出和夹紧输入饱和输入。

图10显示了控制器输出你（t）和饱和的输入坐了（U）彼此相互作为，因为限制输出已启用。

有关何时使用的更多信息夹紧，见参考[1]。

使用跟踪模式处理复杂的防风方案

先前讨论过的防风策略依赖于通过其对话框处理提供给块的饱和度信息。对于那些按预期工作的内置技术，必须满足两个条件：

植物的饱和限制是已知的并且可以输入块的对话框。
PID控制器输出信号是馈送执行器的唯一信号。

处理一般防风方案时，这些条件可能是有限的。PID控制器块具有跟踪模式，允许用户在外部设置后计算防绕组环路。以下两个示例被认为是说明用于防风目的的跟踪模式：

具有级联动力学的饱和执行器的抗风
使用馈电的PID控制抗风

用级联动力学构建饱和致动器的防卷绕电路

在下面的模型中，执行器具有复杂的动态。当执行器具有自己的闭环动态时，这很常见。PID控制器位于外部回路中，并将致动器动力学视为内环，或者只是如图1所示的级联饱和动态。

图11：金宝app具有级联执行器动力学的PID控制器的Simulink模型。

要打开此模型，请键入sldemo_antiwindupactuator.在Matlab终端。

在这种情况下，成功的防风策略要求将执行器输出的致动器输出回到PID控制器块的跟踪端口，如图11所示。配置跟踪模式PID控制器块，转到PID高级在块对话框中的选项卡;选择启用跟踪模式;并指定增益kt.。该增益的倒数是跟踪环路的时间常数。有关如何选择此增益的更多信息，请参阅参考[1]。

图12和13显示了该工厂的测量输出y（t）和控制器输出你（t）几乎立即响应设定值的变化。如果没有防风电路，这些响应将与长延迟缓慢。