pidtune

线性植物模型的PID整定算法

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语法

C = pidtune(sys,type) C = pidtune(sys,C0) C = pidtune(sys,type,wc) C = pidtune(sys,C0,wc) C = pidtune(sys，…，opts) [C,info] = pidtune(…)

描述

C= pidtune (sys，类型）设计了一类PID控制器类型对于植物来说sys．如果类型指定一个一自由度(1-DOF) PID控制器，则控制器设计为单元反馈回路，如图所示:

如果类型为二自由度PID控制器，则pidtune设计一个2-DOF控制器，如图所示的反馈回路:

pidtune整定PID控制器参数C平衡性能(响应时间)和健壮性(稳定裕度)。

C= pidtune (sys，C0）设计一个与控制器类型和形式相同的控制器C0．如果sys而且C0都是离散时间模型，C有相同的离散积分公式吗C0．

C= pidtune (sys，类型，wc）而且C= pidtune (sys，C0，wc）指定目标值wc为开环响应的前0 dB增益交叉频率。

C= pidtune (sys、……选择）使用其他调优选项，如目标相位裕度。使用pidtuneOptions指定选项集选择．

［C，信息[cn] [cn]返回数据结构信息，其中包含闭环稳定性、所选开环增益交叉频率和实际相位裕度等信息。

输入参数

sys

对于单输入,动态系统模型对该装置进行控制器设计。sys可以是:

任何类型的SISO动态系统模型，包括数值LTI模型和标识模型。如果sys是一个可调或不确定的模型，pidtune的电流或标称值设计控制器sys．
连续或离散时间模型。
稳定的，不稳定的，积分的。然而，在PID控制下，具有不稳定极点的电厂可能无法稳定。
包括任何类型的时间延迟的模型。然而，具有长时间延迟的装置在PID控制下可能无法达到足够的性能。
一组植物模型。如果sys是一个数组，pidtune为阵列中的每个设备设计单独的控制器。

如果植物有不稳定的极点，并且sys是下列之一:

一个的朋友模型
一个党卫军模型的内部时间延迟不能转换为I/O延迟

你必须使用pidtuneOptions指定工厂中不稳定极点的数量(如果有的话)。

`类型`	要设计的控制器的控制器类型，指定为字符向量。这个词控制器类型指哪些项出现在控制器动作中。例如，PI控制器只有比例项和积分项，而PIDF控制器包含比例项、积分器项和过滤后的导数项。`类型`可以取下面总结的值。有关这些控制器类型的详细信息，请参见PID控制器整定类型 1-DOF控制器 `“P”`-仅按比例 `“我”`-仅限积分 `“π”`-比例和积分 `“PD”`-比例和导数 `“PDF”`-比例和导数与导数项上的一阶滤波器 `“PID”`-比例，积分和导数 `“PIDF”`-比例，积分，导数与一阶滤波器的导数项二自由度控制器 `“皮”`- 2-DOF比例积分 `“PD2”`- 2-DOF比例和导数 `“PDF2”`- 2-DOF比例和导数与一阶滤波器的导数项 `“PID2”`- 2-DOF比例，积分和导数 `“PIDF2”`- 2-DOF比例，积分，导数与一阶滤波器的导数项有关2-DOF PID控制器的更多信息，请参见二自由度PID控制器．具有固定设定值权值的2自由度控制器 `“I-PD”`- 2-DOF PID与b= 0,c＝０ `“I-PDF”`- 2-DOF PIDF与b= 0,c＝０ `“ID-P”`- 2-DOF PID与b= 0,c= 1 `“IDF-P”`- 2-DOF PIDF与b= 0,c= 1 `“πd的”`- 2-DOF PID与b= 1,c＝０ `“PI-DF”`- 2-DOF PIDF与b= 1,c＝０有关固定设定值权重2自由度PID控制器的详细信息，请参见PID控制器整定类型．控制器形式当你使用`类型`输入,`pidtune`并行设计控制器(`pid`或`pid2`)的形式。使用输入`C0`而不是`类型`如果你想设计一个标准的控制器(`pidstd`或`pidstd2`)的形式。如果`sys`离散时间模型是否具有采样时间`Ts`，`pidtune`设计了一个离散时间控制器`Ts`．控制器具有`ForwardEuler`用于积分和导数运算的离散积分器公式。使用输入`C0`而不是`类型`如果你想设计一个有不同离散积分器公式的控制器。有关PID控制器形式和公式的更多信息，请参见: 比例积分微分(PID)控制器二自由度PID控制器离散时间比例积分微分(PID)控制器
`C0`	PID控制器对所设计控制器的设置属性，指定为`pid`，`pidstd`，`pid2`,或`pidstd2`对象。如果你提供`C0`，`pidtune`：所表示的类型的控制器`C0`．返回一个`pid`控制器,如果`C0`是一个`pid`控制器。返回一个`pidstd`控制器,如果`C0`是一个`pidstd`控制器。返回2-DOF`pid2`控制器,如果`C0`是一个`pid2`控制器。返回2-DOF`pidstd2`控制器,如果`C0`是一个`pidstd2`控制器。返回一个具有相同属性的控制器`Iformula`而且`Dformula`值作为`C0`,如果`sys`是一个离散时间系统。看到`pid`，`pid2`，`pidstd`,`pidstd2`有关的更多信息的参考页`Iformula`而且`Dformula`．
`wc`	调优开环响应的0 dB增益交叉频率的目标值。指定`wc`单位为弧度/`TimeUnit`,在那里`TimeUnit`时间单位是`sys`．交叉频率`wc`粗略设置控制带宽。闭环响应时间约为`1 / wc`．增加`wc`加快反应速度。减少`wc`提高稳定性。当你省略`wc`，`pidtune`自动选择一个值，根据工厂的动态，实现响应和稳定性之间的平衡。
`选择`	属性的其他调优选项`pidtune`设计算法，如目标相位裕度或设计焦点。使用`pidtuneOptions`创建`选择`．

输出参数

C

控制器设计sys．如果sys是线性模型的数组，pidtune为每个线性模型设计一个控制器，并返回一组PID控制器。

控制器形式:

如果第二个参数为pidtune是类型，C是一个pid或pid2控制器。
如果第二个参数为pidtune是C0：
- C是一个pid控制器,如果C0是一个pid对象。
- C是一个pidstd控制器,如果C0是一个pidstd对象。
- C是一个pid2控制器,如果C0是一个pid2对象。
- C是一个pidstd2控制器,如果C0是一个pidstd2对象。

控制器类型:

如果第二个参数为pidtune是类型，C一般具有指定的类型。
如果第二个参数为pidtune是C0，C一般具有相同的类型C0．

然而，在任何情况下，算法可以实现足够的性能和鲁棒性使用比指定的低阶控制器类型或C0，pidtune返回一个C动作少于指定动作的。例如,C可以是PI控制器吗类型是“PIDF”．

时间域:

C具有相同的时域sys．
如果sys是一个离散时间模型，C有相同的采样时间sys．
如果你指定C0，C有相同的Iformula而且Dformula作为C0．如果没有C0都指定了Iformula而且Dformula是向前欧拉．看到pid，pid2，pidstd,pidstd2有关的更多信息的参考页Iformula而且Dformula．

如果你指定C0，C还可以获得模型属性，例如InputName而且OutputName从C0．有关模型属性的更多信息，请参阅每种类型的动态系统模型的参考页面。

信息

包含调谐PID回路的性能和鲁棒性信息的数据结构。的领域信息是:

稳定的-表示闭环稳定性的布尔值。稳定的闭环稳定时为1，否则为0。
CrossoverFrequency—开环系统的第一个0db交叉频率C＊sys,在rad / TimeUnit,在那里TimeUnit时间单位是否在TimeUnit的属性sys．
PhaseMargin-调谐PID回路的相位裕度，以度为单位。

如果sys是一组植物模型，信息是包含每个调优PID循环信息的数据结构数组。

例子

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基于命令行的PID控制器设计

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本例展示了如何为给定的工厂设计PID控制器:

$年代 y 年代＝ \frac{1}{{（年代 + 1 ）}^{3.}} ．$

作为第一步，创建一个工厂模型，并为它设计一个简单的PI控制器。

Sys = zpk([]，[-1 -1 -1]，1);[C_pi,info] = pidtune(sys，“π”）

C_pi = 1 Kp + Ki *——s, Kp = 1.14, Ki = 0.454连续时间PI控制器并联形式。

信息=带字段的结构:稳定:1交叉频率:0.5205相位边际:60.0000

C_pi是一个pid表示PI控制器的controller对象。的领域信息表明调谐算法选择了约0.52 rad/s的开环交叉频率。

检查被控系统的闭环阶跃响应(参考跟踪)。

T_pi = feedback(C_pi*sys, 1);步骤(T_pi)

$图中包含一个轴对象。axis对象包含一个line类型的对象。该对象表示T\_pi。$

为了提高响应时间，可以设置一个比结果更高的目标交叉频率pidtune自动选择，0.52。将交叉频率增加到1.0。

[C_pi_fast,info] = pidtune(sys，“π”, 1.0)

C_pi_fast = 1 Kp + Ki *——s, Kp = 2.83, Ki = 0.0495并行形式的连续时间PI控制器。

信息=带字段的结构:稳定:1交叉频率:1相位边际:43.9973

新控制器实现了更高的交叉频率，但代价是相位裕度减小。

比较两种控制器的闭环阶跃响应。

T_pi_fast =反馈(C_pi_fast*sys,1);step(T_pi,T_pi_fast)轴([0 30 0 1.4])“π”，“π,快”）

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个line类型的对象。这些物体代表圆周率，圆周率，快。

这种性能下降的原因是PI控制器没有足够的自由度来在1.0 rad/s的交叉频率下实现良好的相位裕度。添加一个衍生动作可以改善响应。

设计一个PIDF控制器Gc目标交叉频率为1.0 rad/s。

[C_pidf_fast,info] = pidtune(sys，“PIDF”, 1.0)

C_pidf_fast = 1 s Kp + Ki *——+ Kd * -------- s Tf*s+1 with Kp = 2.72, Ki = 0.985, Kd = 1.72, Tf = 0.00875并行形式的连续时间PIDF控制器。

信息=带字段的结构:稳定:1交叉频率:1相位边际:60.0000

信息字段表明，控制器中的导数动作允许调谐算法设计一个更积极的控制器，以良好的相位裕度实现目标交叉频率。

比较了快速PI和PIDF控制器的闭环阶跃响应和抗干扰性能。

(C_pidf_fast*sys,1);步骤(T_pi_fast T_pidf_fast);轴([0 30 0 1.4]);传奇(“π,快”，“PIDF,快”）;

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个line类型的对象。这些对象代表PI，快，PIDF，快。

您可以将被控系统的输入(负载)干扰抑制与快速PI和PIDF控制器进行比较。为此，绘制从植物输入到植物输出的闭环传递函数的响应。

S_pi_fast = feedback(sys,C_pi_fast);S_pidf_fast = feedback(sys,C_pidf_fast);步骤(S_pi_fast S_pidf_fast);轴([0 50 0 0.4]);传奇(“π,快”，“PIDF,快”）;

图中包含一个轴对象。axis对象包含2个line类型的对象。这些对象代表PI，快，PIDF，快。

该图显示PIDF控制器还提供了更快的干扰抑制。

设计标准型PID控制器

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为以下工厂设计一个标准形式的PID控制器。

$sys ＝ \frac{1}{{（年代 + 1 ）}^{3.}}$

要以标准形式设计控制器，请使用标准形式控制器作为C0参数pidtune．

Sys = zpk([]，[-1 -1 -1]，1);C0 = pidstd(1,1,1);C = pidtune(sys,C0)

C = 1 1 Kp *(1 + ---- *—+ Td * s) Ti s，其中Kp = 2.18, Ti = 2.57, Td = 0.642连续时间PID控制器的标准形式

指定积分器离散化方法

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用指定的方法对积分器进行离散化，设计一个离散PI控制器。

如果你的植物处于离散时间，pidtune自动返回一个离散时间控制器使用默认的前向欧拉积分方法。若要指定不同的集成方法，请使用pid或pidstd创建一个具有所需积分方法的离散时间控制器。

Sys = c2d(tf([1 1]，[1 5 6])，0.1);C0 = pid(1,1，“t”, 0.1,“IFormula”，“BackwardEuler”）;C = pidtune(sys,C0)

C = Ts*z Kp + Ki * ------ z-1, Kp = -0.0658, Ki = 1.32, Ts = 0.1采样时间:0.1秒并行形式的离散时间PI控制器。

使用C0作为输入原因pidtune设计控制器C的形式、类型和离散化方法相同的C0．的积分项C采用后向欧拉积分法。

指定一个梯形积分器并比较得到的控制器。

C0_tr = pid(1,1，“t”, 0.1,“IFormula”，“梯形”）;Ctr = pidtune(sys,C0_tr)

Ctr = Ts*(z+1) Ki * -------- 2*(z-1) with Ki = 1.32, Ts = 0.1采样时间:0.1秒离散I-only控制器。

二自由度PID控制器设计

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根据传递函数，设计一个二自由度PID控制器:

$G （年代）＝ \frac{1}{{年代}^{2} + 0 ． 5 年代 + 0 ． 1} ．$

使用1.5 rad/s的目标带宽。

Wc = 1.5;G = tf(1，[1 0.5 0.1]);C2 = pidtune(G，“PID2”wc)

C2 = 1 u = Kp (b*r-y) + Ki—(r-y) + Kd*s (c*r-y) s, Kp = 1.26, Ki = 0.255, Kd = 1.38, b = 0.665, c = 0并联形式的连续时间2自由度PID控制器。

使用类型“PID2”原因pidtune生成2-DOF控制器，表示为pid2对象。显示屏证实了这一结果。显示屏也显示了这一点pidtune调优所有控制器系数，包括设定值权重b而且c，以平衡性能和健壮性。

提示

默认情况下,pidtune与类型输入返回一个pid并行形式的控制器。要设计标准形式的控制器，请使用pidstd控制器作为输入参数C0．有关并行和标准控制器表单的更多信息，请参见pid而且pidstd参考页面。
有关实时编辑器中的交互式PID调优，请参阅整定PID控制器实时编辑器任务。本任务允许您交互式地设计PID控制器并自动生成MATLAB^®为您的活动脚本编写代码。

算法

有关MathWorks的信息^®PID整定算法，见PID整定算法．

选择

有关实时编辑器中的交互式PID调优，请参阅整定PID控制器实时编辑器任务。该任务允许您交互式地设计PID控制器，并自动为您的实时脚本生成MATLAB代码。有关示例，请参见实时编辑器中的PID控制器设计
对于交互式PID调优在一个独立的应用程序，使用PID调谐器．看到快速参考跟踪的PID控制器设计这是一个使用应用程序设计控制器的例子。

参考文献

Åström, K. J.和Hägglund, T。高级PID控制，研究三角园，NC:仪器仪表，系统和自动化学会，2006。

版本历史

在R2010b中引入

另请参阅

pidtune

语法

描述

输入参数

1-DOF控制器

二自由度控制器

具有固定设定值权值的2自由度控制器

控制器形式

输出参数

例子

基于命令行的PID控制器设计

设计标准型PID控制器

指定积分器离散化方法

二自由度PID控制器设计

提示

算法

选择

参考文献

版本历史

另请参阅

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