主要内容

基于模型的PID整定简介动态仿真模块

您可以使用PID调谐器在Simulink中交互式调整PID增益®模型包含一个PID控制器，离散PID控制器，PID控制器(2自由度),或离散PID控制器(2自由度)块。PID调谐器允许您在一自由度或二自由度PID控制器的性能和鲁棒性之间实现良好的平衡。当你使用PID调谐器,它:

  • 自动计算模型中植物的线性模型。PID调谐器认为植物是PID控制器输出和输入之间的所有块的组合。因此，该植物包括控制循环中的所有块，而不是控制器本身。看到PID调谐器能看到什么植物?．

  • 自动计算一个初始PID设计与性能和鲁棒性之间的平衡。PID调谐器根据线性化装置的开环频率响应进行初步设计。看到PID优化算法．

  • 提供工具和响应图，以帮助您以交互方式优化PID控制器的性能，以满足您的设计要求。看到开放的PID调谐器．

对于不线性化或线性化为零的植物，有几种可选方法来获得用于调谐的植物模型。这些方案包括:

  • 利用工厂频率响应数据设计PID控制器—使用频率响应估计命令frestimate或基于频率响应的PID调谐器，通过仿真得到设备的估计频率响应。

  • 从实测或模拟响应数据交互估计植物-如果您有系统识别工具箱™，您可以使用PID调谐器来估计线性工厂模型的参数基于时域响应数据。然后PID调谐器调优PID控制器的结果估计模型。响应数据可以从您的真实系统中测量，也可以通过模拟您的Simulink®模型获得。

您可以使用PID调谐器设计单自由度或二自由度PID控制器。使用单自由度PID控制器通常可以实现良好的设定值跟踪和良好的干扰抑制。然而，根据模型中的动态，使用单自由度PID控制器可能需要在设定值跟踪和干扰抑制之间进行权衡。在这种情况下，如果你需要良好的设定值跟踪和良好的干扰抑制，使用二自由度PID控制器。

关于调谐一自由度和二自由度PID补偿器的例子，请参见:

PID调谐器能看到什么植物?

PID调谐器作为植物的所有块之间的循环PID控制器阻塞输出和输入。在你的工厂的块可以包括非线性。因为自动调优需要线性模型，PID调谐器计算模型中植物的线性化近似。这线性化模型非线性系统的近似是否在给定的小区域内有效操作点的系统。

默认情况下,PID调谐器使用Simulink模型中指定的初始条件作为工作点，使工厂线性化。线性化的植物可以是任何顺序，可以包括任何时间延迟。的PID调谐器设计了线性化装置的控制器。

然而，在某些情况下，您希望为不同的工作点设计一个PID控制器，而不是由模型初始条件定义的工作点。例如:

  • Simulink模型还没有达到由模型初始条件指定的运行点的稳态，您希望设计一个用于稳态运行的控制器。

  • 您正在为增益调度应用程序设计多个控制器，并且必须为不同的操作点设计每个控制器。

在这种情况下，更改操作点使用PID调谐器．看到打开PID调谐器．

有关线性化的更多信息，请参见线性化的非线性模型．

PID优化算法

典型的PID整定目标包括:

  • 闭环稳定性——当输入有界时，闭环系统输出保持有界。

  • 足够的性能-闭环系统跟踪参考变化和抑制干扰尽可能快。环路带宽(单位开环增益的频率)越大，控制器对参考的变化或环路中的干扰的响应就越快。

  • 足够的鲁棒性-环路设计有足够的增益裕量和相位裕量，以允许建模误差或系统动力学的变化。

MathWorks®该算法通过整定PID增益来达到性能和鲁棒性之间的良好平衡，从而满足这些目标。缺省情况下，算法根据器件动态选择交叉频率(环路带宽)，并设计目标相位裕度为60°。控件以交互方式更改响应时间、带宽、瞬态响应或相位裕度时PID调谐器接口，算法计算新的PID增益。

对于给定的鲁棒性(最小相位裕度)，调谐算法选择一个控制器设计，平衡两个性能指标，参考跟踪和干扰抑制。您可以更改设计重点，以支持这些性能度量之一。要做到这一点，请使用选项对话框中PID调谐器．

当你改变设计焦点时，算法试图调整增益以支持参考跟踪或干扰抑制，同时实现相同的最小相位裕度。系统中可调参数越多，PID算法就越有可能在不牺牲鲁棒性的情况下实现预期的设计焦点。例如，设置设计焦点对于PID控制器比P或PI控制器更有效。在所有情况下，系统性能的微调很大程度上取决于工厂的性能。对于一些工厂来说，改变设计重点几乎没有影响。

另请参阅

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