利用模拟I/O数据设计PID控制器
这个例子展示了如何为不能线性化的植物调整PID控制器。你使用PID调谐器为您的模型识别植物。然后使用被识别的对象对PID控制器进行整定。
这个例子使用了一个降压转换器模型，它需要Simscape™Electrical™软件。
Buck变换器模型
Buck变换器将直流转换为直流。本型号采用开关电源将30V直流电源转换为稳压直流电源。转换器使用mosfet而不是理想的开关来建模，以确保设备的导通电阻被正确地表示。从参考电压到测量电压的变换器响应包括MOSFET开关。PID设计要求系统从参考电压到被测电压的线性模型。然而，由于开关，自动线性化导致零系统。在本例中，使用PID调谐器，您使用仿真而不是线性化来确定系统的线性模型。
有关创建降压转换器模型的更多信息，请参见巴克转换器(Simscape电气)．
open_system (“scdbuckconverter”) sim卡(“scdbuckconverter”）
该型号配置了一个参考电压，在0.004秒时从15伏切换到25伏，负载电流从0.0025秒到0.005秒有效。控制器以默认增益初始化，导致超调和缓慢的稳定时间。
open_system (“scdbuckconverter /范围1”) open_system (“scdbuckconverter /范围2”）
模拟模型生成I/O数据
打开PID调谐器，在反馈控制器子系统,打开PID控制器阻止对话框，然后单击调优．PID调谐器表示模型不能被线性化并返回一个零系统。
PID调谐器在线性化失败时提供几种替代方法。在植物下拉列表中，可以选择以下方式之一:
进口-从MATLAB工作空间导入一个线性模型。
Re-linearize闭环-在不同的模拟快照时间线性化模型。
确定新工厂-使用测量数据确定一个植物模型。
对于本例，单击确定新工厂打开“植物鉴定”工具。对于植物标识，您必须为Simulink模型停止时间指定一个有限值。金宝app
打开一个模拟该模型的工具来收集用于植物识别的数据，在植物鉴别选项卡上,单击获取I/O数据>模拟数据．
在模拟I / O数据选项卡，就可以模拟控制器所看到的植物。软件暂时:
从模型中移除PID Controller块。
在PID块的输出位置注入一个信号。
测量结果信号的输入到PID块曾经是。
这个数据描述了控制器所看到的设备的响应。的PID调谐器用这个响应数据来估计线性植物模型。
将输入信号配置为具有以下属性的阶跃输入:
样品时间(
）= 5e-6 -控制器采样率。抵消(
）= 0.51 -输出偏置值，使转换器处于输出电压接近15V的状态，并给出了围绕该操作点来调整控制器。发病时间(
）= 0.003 -在应用阶跃改变之前，允许转换器达到15V稳定状态的足够时间的延迟。步骤振幅(
）= 0.4 -控制器输出(对象输入)应用于模型的步长。这个值被添加到偏移值中因此，实际的植物输入步骤从0.51到0.91。控制器输出(设备输入)被限制在范围[0.01 0.95]。
选择显示输入的响应，显示偏移反应,显示识别数据．然后,单击运行仿真．的植物鉴别情节是更新。
红色曲线是偏移响应。补偿响应是植物对恒定输入的响应
．由响应可知，模型在输入不变的情况下存在一些瞬态，特别是:
转换器达到15V稳态的[0 0.001]秒范围。回想一下，这个信号是控制错误信号，因此在达到稳定状态时降为零。
当参考电压保持在15V时，变换器对施加的电流负载作出反应的[0.0025 0.004]秒范围。
0.004秒点，参考电压信号从15V改变为25V，导致更大的控制误差信号。
在[0.005 0.006]秒范围内，变换器对被移除的电流负载作出反应。
蓝色曲线显示了完整的植物响应包含初始瞬变(重大的贡献时间< 0.001秒),应对循环电流负荷(时间持续时间0.0025到0.005秒),参考电压变化(0.004秒),和应对步骤测试信号(应用于时间0.003秒)。相反，红色曲线是仅对初始瞬态、参考电压阶跃和循环电流负载的响应。
绿色曲线是将用于植物鉴定的数据。这条曲线是由于阶跃测试信号引起的响应变化，这是考虑了负反馈符号的蓝色(输入响应)和红色(偏移响应)曲线之间的差异。
要使用测量数据来识别植物模型，请单击应用．然后，要返回到植物识别，单击关闭．
植物鉴别
PID调谐器使用由模拟模型生成的数据来标识一个植物模型。您可以优化已识别的植物参数，以便在提供测量的输入时，已识别的植物响应与测量的输出相匹配。
您可以手动调整估计模型。点击并拖动植物曲线和极点位置(X)来调整已识别的植物响应，使其与识别数据尽可能接近。
若要使用自动识别调优已识别的工厂，请单击汽车估计．自动调优响应并不比交互式调优好多少。鉴定的植物与鉴定数据不匹配。改变植物结构以获得更好的匹配。
在“结构”下拉列表中选择欠阻尼的一对．
点击并拖动二阶包络线以尽可能地匹配识别的数据(几乎是临界阻尼)。
点击汽车估计对植物模型进行微调。
要将已识别的模型指定为控制器调优的当前工厂，请单击应用．PID调谐器然后自动调整控制器为识别的工厂和更新参考跟踪一步阴谋。
控制器调优
PID调谐器自动调整PID控制器为识别的植物。调谐控制器响应约有5%的超调量和约0.0006秒的稳定时间。单击参考跟踪步骤绘图以使其成为当前图形。
控制器输出是PWM系统的占空比，必须限制在[0.01 0.95]。为了确认控制器输出满足这些界限，创建一个控制器工作量图。在PID调谐器选项卡,添加图下拉列表,在一步,点击控制器工作．移动新创建的控制器工作到第二个地块组。
在控制器工作Plot中，调整后的响应(实线)显示了在模拟开始时需要的大量控制工作。要达到约0.0004秒的稳定时间和9%的超调，调整响应时间和瞬态行为滑块。这些调整将最大控制努力减少到可接受的范围。
要用调优的控制器值更新Sim金宝appulink块，请单击更新块．
为了确定PID控制器的性能，对Simulink模型进行仿真。金宝app
bdclose (“scdbuckconverter”）
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