闭环PID自动调谐
基于植物频率响应自动调整PID的收益估计从实时闭环实验
库:
金宝app仿真软件控制设计
描述
的闭环PID自动调谐块可以实时调整PID控制器对实体工厂,你有一个最初的PID控制器,产生一个稳定的循环。工厂仍在初始PID控制器的闭环控制在整个自动调谐过程。块可以调整PID控制器,实现指定带宽和相位保证金没有植物模型参数。如果你有一个代码生成等产品金宝app®编码器™,您可以生成代码,实现了优化算法在硬件上,让你实时调整有或没有使用仿真软件管理自动调谐过程。金宝app
如果你有一个植物建模仿真软件和一个初始PID控制器,可以执行闭金宝app环PID自动调谐对建模。这样做让你预览植物响应和调整设置前PID自动调谐优化实时控制器。
为了实现模范自由调整,闭环PID自动调谐布洛克:
测试信号注入到植物收集植物输入-输出数据和实时估计频率响应。测试信号的正弦扰动信号输入添加的工厂。
在实验的最后,曲调PID控制器参数基于估计工厂附近的频率响应目标带宽。
更新一个PID控制器块或一个自定义的PID控制器的调整参数,允许您验证闭环实时性能。
不像的开环PID自动调谐块,循环在整个实验过程中保持关闭状态。保持循环封闭期间有助于维持对核电站的安全运行评估实验。
您可以使用闭环PID自动调谐块来优化PID控制器:
任何稳定的工厂
任何植物与一个或多个连续时间集成商(波兰人年代= 0)或一个或多个对复杂的波兰人在虚轴上
任何植物与一个或多个离散集成商(波兰人z= 1)或双复杂的波兰人在单位圆上|z| = 1
如果你没有一个初始PID控制器,你可以使用开环PID自动调谐块来获取一个。然后,您可以切换到闭环PID自动调谐细化或重调。
块支持代码生成金宝app金宝app仿真软件编码器,嵌入式编码器®,金宝app仿真软件PLC编码器™。它不支持代码生成与高密度金宝app脂蛋白编码器™。
关于使用的更多信息闭环PID自动调谐块,见:
对于更一般的PID自动调谐和比较信息的闭环和开环方法,明白了何时使用PID自动调谐。
港口
输入
输出
u +Δu- - - - - -植物输入信号
标量
块插入到您的系统中,这个端口输入信号到你的工厂。
当实验运行(
启动/停止积极),阻止注入测试信号到植物在这个端口。如果你有任何饱和或速率限制保护植物,饲料的信号u +Δu进去。当实验不运行(
启动/停止零或负),阻止传递信号不变u来u +Δu。
依赖关系
启用这个港口输出信号的配置中,选择控制+微扰。
数据类型:单|双
Δu- - - - - -植物输入扰动
标量
块生成一个扰动信号端口。通常,你从这个端口通过注入扰动和块,如下列图所示。
当实验运行(启动/停止积极),块产生扰动信号在这个端口。
当实验不运行(启动/停止零或负),信号在这个港口是零。在这种状态下,阻止对植物没有影响。
依赖关系
启用这个港口输出信号的配置中,选择扰动只。
数据类型:单|双
% conv- - - - - -在实验的朋友估计的收敛性
标量
当实验运行(启动/停止积极),阻止注入测试信号到植物和植物响应措施y。它使用这些信号估计的频率响应植物在几个频率为优化目标带宽。% conv表明接近完成工厂的评估频率响应。通常情况下,这个值迅速上升到约90%后,实验开始,然后逐渐收敛于一个更高的价值。停止实验时,近100%的水平。
数据类型:单|双
pid增益- - - - - -调整PID系数
公共汽车
这个第4单元总线信号包含调整PID收益P,我,D,滤波器系数N。这些值对应P,我,D,N参数在给定的表达式形式参数。最初,该值是0,0,0,和100年,分别。块更新实验结束时的值。这车信号总是有四个元素,即使你不是调优PIDF控制器。
如果你有一个PID控制器与块相关联,您可以更新控制器与这些值在实验结束后。为此,在块选项卡中,单击更新PID块。
数据类型:单|双
估计下午- - - - - -估计阶段保证金调整控制器
标量
这个端口输出估计阶段保证金通过调整控制器,在度。块优化实验结束的时候更新这个值。估计阶段保证金角的计算G(jωc)C(jωc),G估计是工厂,C调整控制器,ωc是交叉频率(带宽)。估计阶段保证金可能不同于目标阶段指定的保证金目标阶段保证金(度)参数。这是一个指标的鲁棒性和稳定性实现调谐系统。
通常,估计阶段保证金接近目标阶段。一般来说,值越大,更健壮的调谐系统,减少过度。
负相的优势表明,闭环系统可能不稳定。
依赖关系
要启用这个端口,在优化选项卡中,选择输出估计阶段保证金通过调整控制器。
的朋友- - - - - -估计频率响应
向量
这个端口输出频率特性数据估计的实验。最初,在价值的朋友(0,0,0,0,0)。在实验过程中,块注入信号的频率(1/10,1/3,1、3、10]ωc,在那里ωc是目标带宽。实验期间,每个样本时候块更新的朋友用一个向量包含复杂的频率响应在这些频率,分别。您可以使用反应作为一种替代方法的进展% conv检查的收敛估计。试验停止时,块更新的朋友最后的估计频率响应用于计算PID收益。
依赖关系
要启用这个端口,在实验中选项卡上,选择工厂附近的频率响应带宽。
名义上的- - - - - -植物在名义操作点的输入和输出
向量
这个端口输出向量包含植物输入(u +Δu)和植物输出(y当实验开始。这些值是植物输入和输出的名义操作点块执行实验。
依赖关系
要启用这个端口,在实验中选项卡上,选择工厂名义输入和输出。
参数
类型- - - - - -PID控制器的行动
π(默认)|PID|PIDF|……
指定的类型系统PID控制器。控制器类型显示在控制器存在什么行动。下面的控制器类型可用于PID自动调谐:
P——比例只我——积分只π——比例和积分PD——比例和衍生品PDF——比例和微分与导数过滤器PID——比例、积分和导数PIDF——比例、积分和微分与导数过滤器
当你更新PID控制器块或定制的PID控制器调整参数值,确保控制器类型匹配。
可调:是的
编程使用
块参数:PIDType |
| 类型:特征向量 |
价值观:“P”|“我”|“π”|“PD”|“PDF”|“PID”|“PIDF” |
默认值:“π” |
形式- - - - - -PID控制器形式
平行(默认)|理想的
指定控制器形式。控制器形式确定PID系数的解释P,我,D,N。
平行——在平行形式,离散时间PIDF控制器的传递函数:在哪里F我(z)和Fd(z)积分器和过滤公式(见
积分器的方法和过滤方法)。传递函数的连续时间平行形式PIDF控制器:其他控制器动作设置P,我,或D为零。
理想的——在理想的形式,离散时间PIDF控制器的传递函数:传递函数的连续时间理想形式PIDF控制器:
其他控制器动作设置D零个或设置,我来
正。(理想形式控制器一定比例作用。)
当你更新PID控制器块或定制的PID控制器调整参数值,确保控制器形式匹配。
可调:是的
编程使用
块参数:PIDForm |
| 类型:特征向量 |
价值观:“平行”|“理想” |
默认值:“平行” |
时间域- - - - - -PID控制器时间域
离散时间(默认)|连续时间
指定你的PID控制器是离散或连续时间控制器。
对于离散时间,您必须指定的样品时间使用的PID控制器控制器采样时间(秒)参数。
对于连续时间,您还必须指定样本的PID自动调谐实验使用实验样品时间(秒)参数。
编程使用
块参数:TimeDomain |
| 类型:特征向量 |
价值观:“离散”|连续时间的 |
默认值:“离散” |
控制器采样时间(秒)- - - - - -样本的PID控制器
0.1(默认)积极标量| 1 |
指定你的PID控制器的采样时间以秒为单位。这个值还设置实验的样品时间执行的块。
执行PID调优,屏蔽措施频率特性信息的频率目标带宽10倍。为了确保这个频率小于奈奎斯特频率,目标带宽,ωc,必须满足ωcT年代≤0.3,在哪里T年代ωc是你指定的控制器样品时间控制器采样时间(秒)参数。
当你更新PID控制器块或定制的PID控制器调整参数值,确保控制器样品时间匹配。
提示
如果你想运行部署与不同的样本块*在您的应用程序中,将这个参数设置为1,把一块触发子系统。然后,在所需的样品时间触发子系统。如果你不打算改变样品时间部署后,指定一个固定和有限样本的时间。
依赖关系
要启用该参数,设置时间域来离散时间。
编程使用
块参数:DiscreteTs |
| 类型:标量 |
| 价值积极的标量| 1 |
| 默认值:0.1 |
曲子在不同样品的时间- - - - - -启用优化PID控制器在不同样本时间和实验
从(默认)|在
启用该参数调优运行在不同的采样率采样率的PID控制器优化和执行的频率响应估计实验块。PID增益调优算法计算量,当您想要部署块硬件和优化控制器快速样品时间,一些硬件可能不完整的PID增益计算在一个时间步。减少硬件吞吐量需求,指定一个调优示例时间低于控制器样品时间使用调优示例时间(秒)参数。
依赖关系
要启用该参数,设置时间域来离散时间。
编程使用
块参数:UseTuningTs |
| 类型:特征向量 |
价值“关闭”|“上” |
默认值:“关闭” |
调优示例时间(秒)- - - - - -样品时间的优化算法
0.2(默认)|积极的标量
指定的样品时间优化算法在几秒钟内。
如果你打算部署块硬件处理能力有限,希望优化控制器快速样品时间,指定一个样本时间,调优算法运行速度低于你优化的PID控制器。
依赖关系
要启用该参数,设置时间域来离散时间并选择曲子在不同样品的时间。
编程使用
块参数:TuningTs |
| 类型:标量 |
| 价值积极的标量 |
| 默认值:0.2 |
实验样品时间(秒)- - - - - -样品时间实验
0.02(默认)|积极的标量
即使你优化一个连续时间控制器,您必须指定时间执行的实验样本块。一般来说,连续时间控制器调优不推荐对物理植物PID自动调谐。如果你想收听连续时间模型的植物模型,使用一个快速的实验样本,如0.02 /金宝appωc。
依赖关系
当启用该参数时间域是连续时间。
编程使用
块参数:ContinuousTs |
| 类型:积极的标量 |
| 默认值:0.02 |
积分器的方法- - - - - -离散积分公式集成器
向前欧拉(默认)|向后欧拉|梯形
指定集成商离散积分公式在你的控制器。在离散时间,PID控制器传递函数假定块:
在平行的形式,或理想的形式,
控制器样品T年代,积分器的方法参数确定的公式F我如下:
| 积分器的方法 | F我 |
|---|---|
向前欧拉 |
|
向后欧拉 |
|
梯形 |
|
关于每个方法的相对优势的更多信息,见离散PID控制器块引用页面。
当你更新PID控制器块或定制的PID控制器调整参数值,确保积分器的方法匹配。
可调:是的
依赖关系
当启用该参数时间域是离散时间和控制器包括积分作用。
编程使用
块参数:IntegratorFormula |
| 类型:特征向量 |
价值观:“向前欧拉”|“向后欧拉”|“梯形” |
默认值:“向前欧拉” |
过滤方法- - - - - -离散集成导数公式筛选条款
向前欧拉(默认)|向后欧拉|梯形
指定导数离散积分公式过滤词在你的控制器。在离散时间,PID控制器传递函数假定块:
在平行的形式,或理想的形式,
控制器样品T年代,过滤方法参数确定的公式Fd如下:
| 过滤方法 | Fd |
|---|---|
向前欧拉 |
|
向后欧拉 |
|
梯形 |
|
关于每个方法的相对优势的更多信息,见离散PID控制器块引用页面。
当你更新PID控制器块或定制的PID控制器调整参数值,确保过滤器匹配方法。
可调:是的
依赖关系
当启用该参数时间域是离散时间和控制器包括一个微分滤波器。
编程使用
块参数:FilterFormula |
| 类型:特征向量 |
价值观:“向前欧拉”|“向后欧拉”|“梯形” |
默认值:“向前欧拉” |
目标带宽(rad /秒)- - - - - -目标的交叉频率调谐响应
1(默认)|积极的标量
中指定的目标带宽,rad /秒,是目标的值0分贝增益交叉频率调谐的开环反应CP,在那里P是植物响应,C是控制器的响应。这种交叉频率大约设置控制带宽。对于一个上升τ秒,一个好的目标带宽2 /猜τrad /秒。
进行PID调节,自动调谐块措施频率特性信息的频率目标带宽10倍。为了确保这个频率小于奈奎斯特频率,目标带宽,ωc,必须满足ωcT年代≤0.3,在哪里T年代是你指定的控制器样品时间控制器采样时间(秒)参数。因为这种情况,最快的上升时间可以执行调优约为6.67T年代。如果这个上升时间不符合你的设计目标,考虑减少T年代。
最佳结果与闭环优化,使用目标带宽内大约10倍的带宽与最初的PID控制器。调整控制器更大带宽的变化,逐步调整使用较小的变化。
提供目标通过一个输入端口的带宽,选择使用外部源。
编程使用
块参数:带宽 |
| 类型:积极的标量 |
默认值:1 |
目标阶段保证金(度)- - - - - -目标最小相位裕度的开环反应
60(默认)|标量范围0 - 90
指定一个目标最小相位的交叉频率调谐开环反应。目标阶段利润率反映了预期的调整系统的鲁棒性。一般来说,选择一个值的范围大约45°-60°。一般来说,更高的利润率改善过度阶段,但可以限制响应速度。默认值,60°,平衡性能和鲁棒性,产生过度约5 - 10%,根据植物的特点。
提供目标阶段保证金通过一个输入端口,选择使用外部源。
可调:是的
编程使用
块参数:TargetPM |
| 类型:标量 |
| 价值观:0 - 90 |
| 默认值:60 |
实验模式- - - - - -正弦扰动信号类型
叠加(默认)|Sinestream
指定在每个频率扰动是否应用顺序(Sinestream同时)或(叠加)。
Sinestream——在这种模式下,块分别应用在每个频率微扰。关于sinestream信号估计的更多信息,见Sinestream输入信号。
叠加——在这种模式下,扰动信号包括所有指定的频率。一个向量的频率响应估计频率ω= (ω1、…ωN在振幅)一个= (一个1、…一个N),扰动信号:
Sinestream模式可以更准确,也可以更少的打扰,因为总扰动的大小不超过指定的值正弦振幅参数。然而,由于sinestream扰动的自然顺序,每个频率点添加增加了推荐(见实验时间启动/停止输入端口详细信息)。因此,评估实验通常更快叠加模式与令人满意的结果。
Sinestream信号减少执行时间叠加输入信号相比,但也要花很长的时间来估计频率响应。使用sinestream信号频率响应估计是有用的,当你处理能力有限,你想减少执行时间。
编程使用
块参数:ExperimentMode |
| 类型:特征向量 |
价值观:“叠加”|“Sinestream” |
默认值:“叠加” |
植物类型- - - - - -稳定的植物
稳定的(默认)|集成
指定工厂是否稳定或整合。如果工厂有一个或多个集成商,选择集成。
编程使用
块参数:PlantType |
| 类型:特征向量 |
价值观:“稳定”|“整合” |
默认值:“稳定” |
工厂签字- - - - - -植物的迹象
积极的(默认)|负
指定工厂是否积极的还是消极的。如果一个积极改变的植物输入标称操作点植物输出结果以一种积极的改变,指定积极的。否则,指定为负。为稳定的植物,植物的符号的标志植物直流增益。
编程使用
块参数:PlantSign |
| 类型:特征向量 |
价值观:“积极”|“负面” |
默认值:“积极” |
正弦振幅- - - - - -正弦扰动幅度
1(默认)|标量|向量长度为5
在实验过程中,块注入一个正弦信号频率的植物(1/10,1/3,1、3、10]ωc,在那里ωc是调优目标带宽。使用正弦振幅指定这些注入信号的振幅。指定一个:
标量值注入相同的振幅在每个频率
向量长度为5的在每个指定一个不同的振幅(1/10,1/3,1、3、10]ωc
在一个典型的植物与典型目标带宽,实验植物响应频率的大小不会相差很大。在这种情况下,您可以使用一个标量值应用相同的大小扰动频率。然而,如果你知道响应频率范围急剧衰减,考虑减少低频输入和增加的振幅的振幅高频输入。最好是数值的估计实验当所有的植物反应有类似的大小。
扰动振幅必须:
足够大的扰动克服任何死区上方的植物致动器和生成响应噪声水平
足够小,保证工厂在名义操作点附近的近似的线性区域,避免饱和植物输入或输出
当实验模式是叠加正弦信号叠加。因此,可以至少一样大扰动振幅的总和。确保最大可能的扰动是你们工厂范围内的致动器。饱和执行器可以引入错误估计的频率响应。
通过一个输入端口提供正弦振幅,选择使用外部源。
可调:是的
编程使用
块参数:AmpSine |
| 类型:标量、向量的长度5 |
| 默认值:1 |
减少内存和避免任务泛滥(外模式)- - - - - -只部署优化算法
从(默认)|在
块包含两个模块,一个执行实时频率特性的估计,一个使用结果估计响应调整PID收益。当您运行仿真软件模型包含块的外金宝app部模拟模式,默认情况下这两个模块部署。您可以保存在目标硬件的内存只部署估计模块(请参阅实时控制模型的PID自动调谐金宝app)。在这种情况下,优化算法在仿真软件上运行主机而不是目标硬件。金宝app当这个选项被选中时,部署算法使用大约三分之一选择清除时尽可能多的内存。
PID增益计算比频率特性计算负载估计的要求。快速控制器样品时候,一些硬件可能没有完成增益计算在一个执行周期。因此,当使用硬件计算能力有限,选择这个选项允许您调整PID控制器快速样品时间。
此外,当启用了这个选项,可以有延迟之间的几个采样周期优化实验结束时,当到达新的PID收益pid增益输出端口。在推动收益控制器之前,首先确认变化pid增益输出端口,而不是使用启动/停止信号作为触发更新。
如果您打算部署块和执行PID调优不使用外部模拟模式,不选择这个选项。
谨慎
当您使用这个选项,必须配置模型,数值生成的代码块参数可调,不内联。指定可调参数:
在模型编辑器中:配置参数,在代码生成>优化,设置默认参数的行为来
可调。在命令行:使用
set_param (mdl DefaultParameterBehavior,可调)。
编程使用
块参数:DeployTuningModule |
| 类型:特征向量 |
价值观:“关闭”|“上” |
默认值:“关闭” |
为PLC编码器配置块- - - - - -代码生成的配置块金宝app仿真软件PLC编码器
(默认)|
如果您使用的是选择该参数金宝app仿真软件PLC编码器自动调谐块来生成代码。明确的参数与其他MathWorks代码生成®代码生成的产品。
选择该参数影响内部块配置,兼容金宝app仿真软件PLC编码器。参数对生成的代码没有手术效果。
输出信号的配置- - - - - -只提供控制信号加扰动或扰动
控制动作+微扰(默认)|扰动只
默认情况下,块需要控制信号作为输入,并提供控制信号+实验扰动在港口u +Δu。然后喂这个信号输入到工厂,如下列图所示。
这个默认配置需要插入控制器和植物之间的块。如果你想添加扰动信号控制信号,选择扰动只。在这个配置中,块输出包含扰动信号,在港口Δu。你这个扰动信号注入植物使用,例如,一笔,如以下图。
在这个配置中,您可以选择注释掉闭环PID自动调谐块不干扰模型。
数据类型- - - - - -浮点精度
双(默认)|单
指定浮点精度基于仿真环境和硬件需求。
编程使用
块参数:BlockDataType |
| 类型:特征向量 |
价值观:“双”|“单一” |
默认值:“双” |
更新PID块- - - - - -写块调整PID收益目标控制器
按钮
块并不会自动把调整收益目标PID块。如果你的PID控制器块符合描述的标准指定PID块路径参数描述,优化后,点击该按钮将调整收益。
你可以更新PID块模拟运行时,包括外部运行时模式。这样做有助于立即验证调整PID收益。在任何时间在仿真中,你可以改变参数,再次启动实验,推动新的PID块调整收益。然后你可以继续运行模型,观察植物的行为。
出口到MATLAB- - - - - -实验和调优结果发送给MATLAB工作区
按钮
当你点击这个按钮,创建一个块结构在MATLAB®工作区包含实验和调优结果。这个结构,OnlinePIDTuningResult包含以下字段:
P,我,D,N——调整PID收益。这些字段的结构包含哪个控制器类型是必要的调优。例如,如果你是优化PI控制器,包含结构P和我,但不D和N。TargetBandwidth——中指定的值目标带宽(rad /秒)块的参数。TargetPhaseMargin——中指定的值目标阶段保证金(度)块的参数。EstimatedPhaseMargin——估计阶段保证金通过调整系统。植物——估计植物,作为一个返回的朋友模型对象。这的朋友包含在实验获得的响应数据的频率(1/10,1/3,1、3、10]ωc。PlantNominal——植物输入和输出名义操作点实验开始时,指定为一个结构字段u(输入)和y(输出)。
您可以导出的MATLAB仿真运行时工作区,包括外部运行时模式。
扩展功能
版本历史
介绍了R2018a
