simulink 中的 pid 控制器调节 -凯发k8网页登录

pid 调节器简介

pid 调节器为 simulink® pid controller 模块提供了一种快速且广泛适用的单回路 pid 调节方法。通过这种方法，您可以调节 pid 控制器参数，以实现具有所需响应时间的稳健设计。

使用 pid 调节器的典型设计工作流涉及以下任务：

(1) 启动 pid 调节器。启动时，该软件将自动根据 simulink 模型计算线性被控对象模型，并设计初始控制器。

(2) 通过在两种设计模式下手动调整设计标准，在 pid 调节器中调节控制器。该调节器会计算以稳健方式稳定系统的 pid 参数。

(3) 将所设计控制器的参数导出回 pid controller 模块，并在 simulink 中验证控制器性能。

打开模型

打开使用 pid controller 模块的发动机转速控制模型，并花一些时间来探索它。

open_system('scdspeedctrlpidblock')

设计概述

在此示例中，您要设计发动机转速控制回路中的 pi 控制器。该设计的目标是跟踪来自 simulink step 模块的参考信号 scdspeedctrlpidblock/speed reference。设计要求如下：

在此示例中，您要通过在 pid 调节器中设计 pi 控制器 scdspeedctrl/pid controller，稳定反馈回路并实现良好的参考跟踪性能。

打开 pid 调节器

要启动 pid 调节器，请双击 pid controller 模块以打开其模块对话框。在主要选项卡中，点击调节。

初始 pid 设计

当 pid 调节器启动时，该软件会计算控制器看到的线性化被控对象模型。该软件还会自动识别被控对象输入和输出，并使用当前工作点进行线性化。该被控对象可以具有任意阶数，还可以具有时滞。

pid 调节器可计算初始 pi 控制器，以在性能和稳健性之间进行合理的权衡。默认情况下，阶跃参考跟踪性能会显示在图中。

下图显示具有初始设计的 pid 调节器对话框：

显示 pid 参数

点击显示参数以查看控制器参数 p 和 i，以及一组性能和稳健性测量值。在此示例中，初始 pi 控制器设计提供了 2 秒的稳定时间，这是满足要求的。

在 pid 调节器中调整 pid 设计

参考跟踪响应的超调约为 7.5%。由于在达到稳定时间限制之前还有一些空间，因此，您可以通过增加响应时间来减少超调。向左移动响应时间滑块以增加闭环响应时间。请注意，当您调整响应时间时，响应图以及控制器参数和性能测量值会更新。

下图显示调整后的 pid 设计，超调为零，稳定时间为 4 秒。设计的控制器实际上变成了纯积分控制器。

具有性能权衡的完整 pid 设计

为了在实现零超调的同时将稳定时间减少到 2 秒以下，您需要使用两个滑块。您需要加速控制响应以减少稳定时间，并提高稳健性以减少超调。例如，您可以将响应时间从 3.4 秒减少到 1.5 秒，并将稳健性从 0.6 提高到 0.72。

下图显示具有这些设置的闭环响应：

将调节后的参数写入 pid controller 模块

在您对线性被控对象模型中的控制器性能感到满意后，您可以基于非线性模型测试设计。为此，请点击 pid 调节器中的更新模块。此操作将参数写回 simulink 模型中的 pid controller 模块。

下图显示更新后的 pid controller 模块对话框：

完成的设计

下图显示闭环系统的响应：

该响应表明，新控制器满足所有设计要求。

当 pid controller 模块属于多回路设计任务时，您也可以使用控制系统设计器来设计 pid controller 模块。请参阅示例single loop feedback/prefilter compensator design。

bdclose('scdspeedctrlpidblock')