PID调节器提供两种类型的模型结构来表示工厂动态:流程模型和状态空间模型。
使用的系统特性的知识和准确性的水平需要你的应用程序选择一个模型结构。在没有任何先验信息,则可以得到一些洞察动力学的顺序和通过分析系统的实验获得的阶跃响应和频率响应的延迟。欲了解更多信息,请参阅系统辨识工具箱™文档中的以下内容:
您选择的每个模型结构都有关联的动态元素,或者模型参数。您可以手动或自动调整这些参数的值,以找到与测量或模拟的响应数据相匹配的模型。在许多情况下,当你不确定要使用的最佳结构时,最好从最简单的模型结构开始,即单极传递函数。你可以逐步尝试识别高阶结构,直到在植物响应和测量输出之间达到满意的匹配。状态空间模型结构允许在输入-输出数据分析的基础上自动搜索最优模型顺序。
当你开始的植物鉴定任务,一个真正的极点的传递函数模型结构被默认选中。此默认设置是不是对数据的敏感性质,可能不是很适合你的应用程序。因此,建议您选择执行参数辨识前用合适的模型结构。
过程模型是具有3个或更少极点的传递函数,可以通过添加零点、延迟和积分器元素来扩充。流程模型由表示时间常数、增益和时间延迟的模型参数参数化。在PID调节器中选择一个流程模型植物鉴别标签使用结构体菜单。
对于任何选择的结构,您都可以使用相应的复选框添加延迟、零和/或积分器元素。属性的旁边显示由这些选项配置的模型传递函数结构体菜单。
最简单的可用过程模型是一个只有一个实极的传递函数,没有零或延迟元素:
该模型是由参数限定的K,增益和T1,第一个时间常数。最复杂的过程模型结构选择有三个极点,一个额外的积分器,一个零点,和一个时间延迟,如下面的模型,它有一个实极点和一个复共轭极点:
在这个模型中,配置参数包括与极点和零相关的时间常数,T1,Tω,Tz。其他参数是衰减系数ζ,获得K和时间延迟τ。
当您选择流程模型类型时,PID调节器自动计算用于植物参数和显示示出两个估计的模型响应,测量的或模拟的数据的曲线图的初始值。您可以使用图形指标上的情节,或数字使用设备参数编辑器中编辑的参数值。为了说明这个过程的例子,请参见从响应数据交互估算设备参数。
下表总结了定义流程模型可用类型的各种参数。
参数 | 所使用的 | 描述 |
---|---|---|
K- 增益 | 所有转移函数 | 可以取任何实际值。 在绘图区,向上或向下拖动植物响应曲线(蓝色)进行调整K。 |
T1- 第一时间常数 | 与一个或多个真实极点传递函数 |
可以是0和之间的任意值T,测量或模拟数据的时间跨度。 在图中,拖动红色的X左(趋近于零)或向右(朝T) 调整T1。 |
T2-第二次常数 | 具有两个实极的传递函数 | 可以是0和之间的任意值T,测量或模拟数据的时间跨度。 在图中,拖动红色的X左(趋近于零)或向右(朝T) 调整T2。 |
Tω- 与自然频率相关的时间常数ωn,其中Tω= 1 /ωn | 具有极点的低阻尼对(复共轭对)的传递函数 | 可以是0和之间的任意值T,测量或模拟数据的时间跨度。 在绘图中,将其中一条橙色响应包络线向左(趋近于零)或向右(趋近于零)拖动T) 调整Tω。 |
ζ——阻尼系数 | 具有极点的低阻尼对(复共轭对)的传递函数 | 可以取0到1之间的任何值。 在绘图中,将其中一条橙色响应包络线向左(趋近于零)或向右(趋近于零)拖动T) 调整ζ。 |
τ- 运输延迟 | 任何传递函数 | 可以是0和之间的任意值T,测量或模拟数据的时间跨度。 在图中,拖动橙色竖线左(趋近于零)或向右(朝T) 调整τ。 |
Tz- 型号零 | 任何传递函数 | 可以取-之间的任何值T和T,测量或模拟数据的时间跨度。 在绘图区,向左拖动红色圆圈(指向-)T或向右T) 调整Tz。 |
积分器 | 任何传递函数 | 加上1/的因数年代传递函数。有没有相关的参数进行调整。 |
用于标识的状态空间模型结构主要由状态数的选择来定义模型秩序。当需要高阶模型比由过程模型的结构支持,以达到满意的匹配您的测量或模拟I / O数据使用状态空间模型结构。万博1manbetx在状态空间模型结构时,系统动态由状态和输出方程表示:
x是状态变量的向量,由软件根据所选模型的顺序自动选择。u表示输入信号,和y的输出信号。
要使用状态空间模型结构,在植物鉴别选项卡,结构体菜单中选择状态空间模型
。然后单击配置结构打开状态空间模型结构对话框。
使用对话框指定模型顺序、延迟和馈通特性。如果您不确定顺序,请选择选择范围内的最佳值,然后输入一系列订单。在这种情况下,当你点击估计在工厂估计选项卡,软件显示汉克尔奇异值的条形图。选择一个模型阶数等于对系统动力学有重要贡献的汉克尔奇异值的数目。
当你选择一个状态空间模型结构,识别图显示植物响应(蓝色)曲线只有一个有效的估计的模型存在。例如,如果你估计过程模型后更改结构,则显示状态空间等效估计的模型的。如果更改模型阶,该厂响应曲线消失,直到执行新的估计。
当使用状态空间模型结构,不能直接与模型参数相互作用。辨识模型应该因此被视为非结构化与连接到模型的状态变量没有物理意义。
但是,您可以图形化地调整输入延迟和模型的总体增益。当您选择一个带有时间延迟的状态空间模型时,延迟在绘图上用垂直的橙色条表示。水平拖动此栏可更改延迟值。向上和向下拖动植物响应(蓝色)曲线来调整模型增益。
任何以前导入或鉴定的植物车型上市设备列表数据浏览器的一部分。
您可以使用这些工厂之一来定义模型结构和初始化模型参数值。这样做,在植物鉴别选项卡,结构体菜单中,选择要使用的结构的初始化线性设备模型。
如果您选择的工厂是一个过程模型(idproc
对象),PID调节器使用它的结构。如果工厂是任何其他类型的模型,PID调节器使用状态空间模型结构。
当你从一个模型结构切换到另一个模型结构时,软件会尽可能地保留模型特征(极点/零点位置、增益、延迟)。例如,当您从单极模型切换到双极模型时,现有的值为T1,Tz,τ和K被保留,T2被初始化为默认值(或者先前分配的,如果有的话)的值。
一旦选择一个模型结构,则具有用于手动或自动地调整参数的值,以实现所述估计模型响应,测量的或模拟的输入/输出数据之间的良好匹配的几个选项。对于显示所有这些选项的示例,请参阅:
从响应数据交互估算设备参数(控制系统工具箱™)
从测量或模拟的响应数据交互式地估计植物(万博1manbetx仿真软件控制设计)万博1manbetx®控制设计™)
PID调节器在选择模型结构时,不执行模型参数的智能初始化。相反,图中反映的模型参数的初始值是任意选择的范围值的中间。如果在手动调整参数值之前需要一个良好的起点,请使用初始化和评估从选项植物鉴别标签。
在某些情况下,系统响应会受到初始条件的强烈影响。因此,用传递函数的形式来描述输入到输出的关系不足以适合所观察到的数据。对于包含弱阻尼模态的系统尤其如此。PID调节器除了模型参数外,还允许您估计初始条件,使初始条件响应和输入响应的总和与观察到的输出很好地匹配。使用估计选项对话框,以指定在自动估计期间应如何处理初始条件。默认情况下,初始条件处理(确定为零值还是进行估计)由估计算法自动执行。但是,可以通过使用“初始条件”菜单强制执行某个选择。
初始条件只能通过自动估计来估计。与模型参数不同,它们不能手动修改。然而,一旦估计了它们,它们将保持固定的估计值,除非模型结构发生变化或导入新的标识数据。
如果您在执行自动评估后修改模型参数,则模型响应将显示一个固定的贡献(即,与模型参数无关)与初始条件无关。在下面的图中,初始条件的影响被确定为特别显著。延迟调整后,响应在输入延迟标记左侧的部分τ调节器)从初始条件来纯粹。到的右侧的部分τ调节器既包含输入信号的影响,又包含初始条件的影响。