模型描述

此示例显示了如何在执行器饱和时使用防风方案来防止PID控制器中的集成卷绕。我们在Simulink®中使用PID控制器块，其具有两个内置的防风方法万博1manbetx，反演计算和夹紧，以及跟踪模式，以处理更复杂的情况。

被控对象是具有死区时间的饱和一阶过程。

我们首先打开模型。

图1:万博1manbetx输入饱和度PID控制的SIMULINK模型。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindup.在MATLAB®终端中。

使用Simulink®ControlDesign™的PID调谐器忽略了PID控制器。万博1manbetx

受控工厂是一个具有死区时间的一阶过程

工厂已知的输入饱和极限[- 10,10]，这是在饱和块标记的工厂执行器。Simulink中的PID控制器块具有两种内置的抗关闭方万博1manbetx法，允许PID控制器块考虑有关植物输入饱和的可用信息。

不使用anti - wind的性能

首先，当PID控制器块不考虑饱和模型时，我们检查饱和度饱和对闭环的影响。模拟图1中的模型生成如下所示结果。

图2:设定值与无反收卷的测量输出。

图3:控制器输出和饱和输入，没有防绕组。

图2和3突出显示使用输入饱和度的系统时出现的两个问题：

设计考虑饱和影响的PID控制器，使其大部分时间运行在线性区域，并能快速从非线性中恢复，从而提高其性能。反绕组电路是实现这一点的一种方法。

基于背部计算配置防卷的块

当控制器击中指定饱和度限制并进入非线性操作时，后计算防风方法使用反馈回路来排出PID控制器内部积分器。要启用反收风功能，请进入输出饱和选项卡在块对话框中;选择限制输出；进入植物的饱和极限。然后,选择反演计算来自Anti-windup方法菜单并指定反演计算系数(Kb)．这个增益的倒数是反缠绕回路的时间常数。在本例中，反计算增益被选择为1。有关如何选择此值的详细信息，请参阅参考[1]。

图4:启用后计算防风方法。

一旦启用了反计算，该块有一个内部跟踪循环，释放积分器输出。

图5：PID控制器块的屏蔽视图具有后部计算。

图6和图7显示了激活抗收卷模型的仿真结果。注意PID控制信号返回线性区域的速度有多快，以及环路从饱和状态恢复的速度有多快。

图6：设置点与测量输出与反计算。

图7：控制器输出和饱和输入与反算。

图7显示了控制器输出u (t)和饱和的输入坐了（U）互相吻合，因为限制输出启用。

为了更好地可视化抗卷绕的效果，图8说明了植物测量的输出y（t）有无反清盘。

图8：测量输出是否有防上发条。

基于积分器夹紧配置防绕组块

另一个常用的反清盘策略是基于条件集成的。要启用反收风功能，请进入PID先进在块对话框中的选项卡;选择限制输出；进入植物的饱和极限。然后,选择夹紧来自Anti-windup方法菜单。

图9：设定值与钳位测量输出。

图10：控制器输出和带箝位的饱和输入。

图10显示了控制器的输出u (t)和饱和的输入坐了（U）互相吻合，因为限制输出启用。

有关何时使用的更多信息夹紧，参见参考[1]。

使用跟踪模式处理复杂的反收尾场景

先前讨论过的防风策略依赖于通过其对话框处理提供给块的饱和度信息。对于那些按预期工作的内置技术，必须满足两个条件：

在处理一般的反清盘场景时，这些条件可能具有限制性。PID控制器块具有跟踪模式，允许用户在外部设置反计算反上环。以下两个例子说明了跟踪模式在反清盘方面的用途:

用级联动力学构建饱和致动器的防卷绕电路

在下面的模型中，执行器具有复杂的动态。当执行器具有自己的闭环动态时，这很常见。PID控制器位于外部回路中，并将致动器动力学视为内环，或者只是如图1所示的级联饱和动态。

图11:万博1manbetx具有级联执行器动力学的PID控制器的Simulink模型。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindupactuator.在Matlab终端。

在这种情况下，一个成功的反收卷策略需要将执行器输出反馈到PID控制器块的跟踪端口，如图11所示。配置跟踪模式，则转到PID先进在块对话框中的选项卡;选择启用跟踪模式；并指定增益kt.．该增益的倒数是跟踪环路的时间常数。有关如何选择此增益的更多信息，请参阅参考[1]。

图12:使能PID控制器块的跟踪模式。

图13和14显示了该工厂的测量输出y（t）和控制器输出u (t)对设定值的变化几乎立即做出反应。如果没有反盘整机制，这些反应将会迟缓且延迟很长时间。

图13:设定值与测量输出。

图14:控制器输出和有效饱和输入。

用馈线构建用于PID控制的防风电路

在另一种常见的控制配置中，执行器接收到的控制信号是PID控制信号和前馈控制信号的组合。

为了准确构建后计算防风回路，跟踪信号应减去前馈信号的贡献。这允许PID控制器块知道其具有施加到致动器的有效控制信号的份额。

下面的模型包含一个前馈控制。

图15:万博1manbetx具有前馈和被控对象输入饱和的PID控制器的Simulink模型。

由于工厂具有1的直流增益，因此在此选择馈电增益在这里是统一的。

要打开这个模型，输入sldemo_antiwindupfeedforward在Matlab终端。

图16和图17显示了工厂的测量产量y（t）和控制器输出u (t)对设定值的变化几乎立即做出反应。当设定值为10时，请注意图17中控制器的输出u (t)减少在执行机构的作用范围内。

图16:设定值与测量输出无反上发条。

图17:控制器输出和饱和输入，防绕组。

总结

PID Controller块支持几个特性，允许它万博1manbetx在通常遇到的工业场景下处理控制器结束问题。

参考文献