使用开环PID自动箱块实时调谐PID控制器

开放脚本

这个例子展示了如何使用开环PID自动调谐块调整PI控制器的发动机转速控制系统在仿真和实时。

开环PID自动调谐块允许您调整一个单回路PID控制器在实时。它进行了开环实验，向被控对象注入扰动信号，并根据被控对象在期望带宽附近的频率响应估计计算PID增益。

开环PID自动调谐块在实时应用中支持两种典型的PID调谐方案。金宝app

在没有Simulink®的情况下，将block部署到硬件上，并在一个独立的实时应用程序中使用它。金宝app
在硬件上部署块，但在Simulink中使用外部模式监视和管理实时调优过程。金宝app外部模式允许在主机上运行的Simulink框图与在硬件上运行的生成代码之间进行通信。金宝app

此示例侧重于第二种情况，其中开环PID自动箱块用于使用外部模式实时调整发动机速度控制系统。

Simu金宝applink模型包含一个PID块、一个开环PID自动调谐块和一个引擎模型。

mdl =“scdspeedctrlOnlinePIDTuning”; 开放式系统（mdl）

PI控制器具有P = 0.01和I = 0.01的初始收益，通过“P”和“i”Inports在外部提供给PID块。具有外部P且我收益允许您在开环PID AutoTuner块计算新增次级后更改它们。

打开循环PID自动箱块插入PID块和发动机模型之间。开始/停止信号用于启动和停止开路实验。当没有实验运行时，开环PID自动箱块的行为类似于单位增益块，其中“u”信号直接传递给“u +Δu”。实验结束时，块调谐PID增益并以“PID增益”端口输出。

在使用实际工厂使用开环PID自动箱块时存在一些重要的考虑因素。

该工厂必须渐近稳定，因为在调谐过程中进行了开环实验。如果您的工厂有一个集成商，您仍然可以通过选择不估计工厂直流增益来使用块。但是，在这两种情况下，如果工厂无法靠近不希望的操作条件，您必须在调整过程中密切监测植物行为，并迅速干预。
为了帮助实时准确地估计植物频率响应，在调谐过程中应该存在最小负载干扰。该块预计工厂输出仅是对注入的扰动信号的响应，并且负载干扰扭曲了该输出。
打开PID块中的“跟踪模式”（TRINPORT），这使得PID块能够在调谐过程中跟踪真实工厂输入“U +ΔU”。应始终使用此功能来提供在循环关闭时的磁阻传输，并且在调谐过程完成后PID块恢复控制。

使用工厂模型和PID块正确连接开环PID自动箱块后，打开块对话框并指定调整和实验设置。

在调整选项卡中，有两个主要的调优设置。

在实验选项卡，有两个主要实验设置。

正弦振幅:指定注入正弦波的振幅。在这个例子中，所有四个正弦波都选择0.1，是标称植物输入9的一小部分。在调谐过程中，工厂输出在1900和2100 rpm之间变化，这是大约+/- 5%的名义工厂输出2000。目标是保持电站运行接近标称工作点，以避免激发非线性电站行为。

阶跃振幅:指定注入阶跃信号的振幅。在本例中，也选择0.1。如果设备只有一个积分器，就不能估计直流增益。在本例中，清除用阶跃信号估计直流增益参数。因此，没有阶跃信号被注入植物。

如果在Simulink中构建了电厂模型，建议在外部模式下使用该模块进行金宝app实时调整之前，根据正常模式下的电厂模型模拟开环PID自动调谐模块。模拟可帮助您识别信号连接和块设置中的问题，以便在生成代码之前对其进行调整。

sim (mdl);

在本例中，发动机转速参考信号从2000转至3000转/分，然后在前20秒内回到2000转/分。初始增益P=0.01和I=0.01在瞬态中引起强烈振荡，必须重新调谐。

在20秒时，设备以2000 rpm的标称工作点运行，并开始在线PID调节。实验持续时间为50秒，因为保守的指导原则表明在线频率响应估计需要100/带宽秒才能收敛。

当PID调优在70秒停止时，新的增益P = 0.0026和I = 0.0065在“PID增益”输出端口立即可用，并发送到PID块的外部P和I端口，覆盖原来的增益。当闭环和PID块恢复控制时，几乎没有暂态碰撞。

发动机转速参考信号从2000转到3000转，然后在80到100秒之间回到2000转。新的PI增益提供了更好的闭环响应。

为了在外部模式中针对物理引擎调整PI控制器，您可以用硬件接口块替换Simulink模型中的引擎模型部分，该硬件接口块提供的转速测量值为“y”，向执行器发送节气门角度为“u”。金宝app

作为示例，以下Simulink图被配置为在外部模式下调谐，金宝app假设您的PI控制器在Arduino®Updoca上运行并通过串行端口与物理引擎通信。

为了使原始模型在外部模式下工作，对原始Simulink模型进行了以下更改（按顺序）。金宝app

有一个主机，运行Simulink并通过USB连接与Arduin金宝appo Due的通信。
安装Arduin金宝appo硬件软金宝app件的Simulink支持包。如果您的硬件不同，则必须安装不同的硬件支持包。金宝app
在“配置参数”对话框中解算器窗格中，选择“固定步长”求解器类型。在硬件实现窗格中，选择“Arduino DUE”硬件板。
用两个串行接口块替换原始型号中的发动机型号部分。Arduino板上运行的开环PID自动调谐块实时收集来自串行接收块（来自传感器）的设备输出，并使用串行传输块（至致动器）将实验信号发送至发动机。
为了在实时操作中的更大灵活性，通过将手动“调谐开关”而不是基于仿真时钟，启动和停止调谐过程。类似地，通过翻转“增益开关”并通过翻转“REF切换”来更新PI增益。
在Simulink模型中选择“外部模式”，并将仿真时间设置为金宝app“无限”。

运行模拟。首先，Simu金宝applink为整个模型生成代码，并将其下载到Arduino抵抗力。程序开始在电路板上运行后，您可以实时监控工厂输入和范围的输出。当工厂达到2000 rpm的标称操作点时，请使用三个手动开关调整，更新和验证控制器。