模型描述

该实例说明了在PID控制器中，当执行器饱和时，如何使用抗上卷方案来防止积分上卷。我们使用Simulink®中的PID控制器模块，该模块具有两种内置的抗金宝app发条方法，反演计算和夹紧，以及跟踪模式，以处理更复杂的情况。

被控对象是具有死区时间的饱和一阶过程。

我们从打开模型开始。

图1:金宝app具有输入饱和的被控对象的PID控制的Simulink模型。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindup在MATLAB®终端中。

使用Simulink®Control Design™的PID调谐器，PID控制器已被调谐，饱和被忽略。金宝app

被控装置是一个具有死区时间的一阶过程

工厂已知的输入饱和极限[- 10,10]，这是在饱和块标记的工厂执行器。Simulink中的PID控制器块具有两种内置的抗关闭方金宝app法，允许PID控制器块考虑有关植物输入饱和的可用信息。

不使用anti - wind的性能

首先，我们研究了当饱和模型不被PID控制器块考虑时，饱和对闭环的影响。模拟图1中的模型生成如下所示的结果。

图2:设定值与无反收卷的测量输出。

图3:控制器输出和饱和输入无防上电。

图2和图3突出显示了在使用输入饱和控制系统时出现的两个问题:

设计考虑饱和影响的PID控制器，使其大部分时间运行在线性区域，并能快速从非线性中恢复，从而提高其性能。反绕组电路是实现这一点的一种方法。

配置基于反向计算的反收块

反算反上环法是在PID控制器达到规定的饱和极限并进入非线性运行时，通过反馈回路将PID控制器内部积分器放电。要启用反收风功能，请进入输出饱和选项卡在块对话框中;选择限制输出；进入植物的饱和极限。然后,选择反演计算从Anti-windup方法菜单，并指定反演计算系数(Kb)．这个增益的倒数是反缠绕回路的时间常数。在本例中，反计算增益被选择为1。有关如何选择此值的详细信息，请参阅参考[1]。

图4:启用反计算反结束方法。

一旦启用了反计算，该块有一个内部跟踪循环，释放积分器输出。

图5:带反算的PID控制器块的掩模视图。

图6和图7显示了激活抗收卷模型的仿真结果。注意PID控制信号返回线性区域的速度有多快，以及环路从饱和状态恢复的速度有多快。

图6:设置点与测量输出与反计算。

图7:控制器输出和饱和输入与反算。

图7显示了控制器的输出u (t)饱和输入坐(u)互相吻合，因为限制输出启用。

为了更好地可视化反收风效果，图8展示了植物的测量输出y (t)有无反清盘。

图8:测量输出是否有防上发条。

基于积分器夹紧的防卷绕块配置

另一个常用的反清盘策略是基于条件集成的。要启用反收风功能，请进入PID先进标签在块的对话框;选择限制输出；进入植物的饱和极限。然后,选择夹紧从Anti-windup方法菜单。

图9:设定值与钳位测量输出。

图10:控制器输出和带箝位的饱和输入。

图10显示了控制器的输出u (t)饱和输入坐(u)互相吻合，因为限制输出启用。

查询更多关于何时使用的信息夹紧，参见参考[1]。

使用跟踪模式处理复杂的反收尾场景

前面讨论的反结束策略依赖于内置方法来处理通过对话框提供给方块的饱和度信息。为了让这些内置技术按照预期工作，必须满足两个条件:

在处理一般的反清盘场景时，这些条件可能具有限制性。PID控制器块具有跟踪模式，允许用户在外部设置反计算反上环。以下两个例子说明了跟踪模式在反清盘方面的用途:

构建具有级联动力学的饱和作动器的抗绕组电路

在下列模型中，执行器具有复杂的动力学特性。当执行器有自己的闭环动力学时，这是很常见的。PID控制器是在一个外部环路中，将执行器动力学视为一个内部环路，或简单的级联饱和动力学，如图1所示。

图11:金宝app具有级联作动器动力学的PID控制器的Simulink模型。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindupactuator在MATLAB终端中。

在这种情况下，一个成功的反收卷策略需要将执行器输出反馈到PID控制器块的跟踪端口，如图11所示。配置跟踪模式，则转到PID先进标签在块的对话框;选择启用跟踪模式；并指定增益Kt．这个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显示了工厂的测量输出y (t)控制器输出u (t)对设定值的变化几乎立即做出反应。如果没有反盘整机制，这些反应将会迟缓且延迟很长时间。

图12:设定值与测量输出。

图13:控制器输出和有效饱和输入。

基于前馈的PID控制抗干扰电路的构建

在另一种常见的控制配置中，执行器接收到的控制信号是PID控制信号和前馈控制信号的组合。

为了准确地建立反求反上环，跟踪信号要减去前馈信号的贡献。这允许PID控制器块知道它的份额的有效控制信号应用到执行器。

下面的模型包含一个前馈控制。

图14:金宝app具有前馈和被控对象输入饱和的PID控制器的Simulink模型。

前馈增益在这里被选择为统一，因为工厂的直流增益为1。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindupfeedforward在MATLAB终端中。

图15和图16显示了工厂的测量产量y (t)控制器输出u (t)对设定值的变化几乎立即做出反应。当设定值为10时，请注意图16中控制器的输出u (t)减少在执行机构的作用范围内。

图17:设定值与测量输出无反上发条。

图18:控制器输出和饱和输入具有防上环。

总结

PID Controller块支持几个特性，允许它金宝app在通常遇到的工业场景下处理控制器结束问题。

参考文献