基于Simulink的PID控制器设计
在Simulink中设计直流电机的PID控制器®.使用PID控制器块创建闭环系统,然后使用PID调谐器调优PID控制器块的增益。
在本演示中,您将看到如何在Simulink中快速调优规划模型的PID控制器。
在这种特殊情况下,我们对直流电动机建模。在这个方块对话框中是定义电机行为的参数:阻尼、惯性、反电动势、电阻和电感。
工作在他们的块掩码我们看到Simscape和simtronics块。我们用这个模型作为马达。我们将不设计控制电机轴转速的数字控制系统。控制器将计算期望速度和测量速度之间的误差信号,并利用我们的信号计算电压请求命令到电机。
请注意,我们在测量通道中建模传感器噪声,因为我们的控制系统是数字的,他们也在建模A到D转换器是采样时间间隔0.02秒,在整个块上使用零阶。
现在需要添加补偿器。要做到这一点,我们到Simulink库浏览器创建子库。取离散的PID控制器块,并将其添加到我们的模型中。现在让我们将这个块连接到模型的其余部分,并打开块对话框。
在这里,我们可以指定想要使用的控制器类型:PID、PI、PD、比例或简单的积分。我们将它保持在PID。我们可以指定采样时间。在本例中,我们将使用与我们在A到D转换器中使用的相同的一个。如果你知道PID控制器的增益,我们可以把它们输入这里。在这种情况下,我们还不知道增益应该是多少,所以让我们应用采样时间的变化,并尝试运行模拟作为默认增益值。让我们在瞄准镜上加上电压。
通过模拟,我们发现我们的控制系统做得并不好。蓝线表示所需速度,红线表示实际测量速度。正如我们所见,我们的控制系统跟踪不太好。让我们试着提高性能。为此,我们将返回方块对话框并按下Tune按钮。
这次推出了配对调谐器,它可以线性化计划,计算PID增益,并打开图形用户界面。在图形用户界面中,我们看到两行。虚线显示了我们的系统对电流增益值的闭环阶跃响应。实线显示了计算增益值的相同响应。
让我们简单地接受收益来计算它。当我们这样做的时候,我们看到块参数,PID增益,被更新了。让我们按OK,回到我们的模拟,并重新运行它。正如我们看到的,我们确实提高了控制系统的性能。它现在跟踪得很好,稳态误差为零。它的速度相对较快,超调量相对较小。
如果你想提高我们控制系统的性能,我们可以回到PID调谐器图形用户界面,例如,如果你想,试着把超调值降低一点。或者如果你想要更快的响应,我们可以尝试在这里使用一个滑块将它移动到右边,使系统响应更快。
例如,让我们试试这个设计。我们现在回到我们的模型,用这个设计运行模拟。我们看到,我们确实得到了更快的响应,但在更大的噪声和更高的电压要求信号的范围内,所以我们可能会牺牲执行器的寿命来实现这种更快的响应。
现在,这是一个你作为工程师可以决定的权衡,但你现在有这个工具在你的支配,让它快速设计和调整PID控制器的计划在Simulink中建模。演示到此结束。
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