万博1manbetx仿真软件でモデル化されたプラントのPID自動調整- MATLAB和Simulink MathWorks日本

万博1manbetxでモデル化されたプラントのpid自動調整

万博1manbetx^®でモデル化されたプラントでPID自動調整を使用するには,PID自動調整器ブロックをモデルに組み込みます。モデルの実行中に自動調整プロセスを制御できます。調整が完了したら，調整コントロラのパラメタをシミュレトしたプラントに対して検証できます。P我D自動調整のこのような使用方法は、後でリアルタイム自動調整によって改良する初期の PID 設計を生成する際に役立ちます。

万博1manbetxでの自動調整のワクフロ

次の手順は，闭环PID自动调谐器ブロックまたは开环PID自动调谐器ブロックを使用した仿万博1manbetx真软件でのPID自動調整のワークフローの一般的な概要を示します。

モデルのpidコントロ，ラ，とプラント間にPid自動調整器ブロックを組み込みます。
調整実験の開始と終了のタ@ @ミングを制御する启动/停止の信号を構成します。
コントロラのタプや調整のタゲット帯域幅などのコントロ，ラ，パラメ，タ，を指定します。
周波数応答実験中に挿入される摂動の振幅などの実験パラメ，タ，を構成します。
モデルを実行して調整を開始します。启动/停止信号を使用してPID自動調整プロセスを開始します。プロセスを開始すると，自動調整器ブロックがテスト信号を挿入してプラントの応答を測定します。
启动/停止信号を使用して実験を停止します。実験が停止されると，自動調整器ブロックが調整されたpidゲesc escンを計算して返します。調整されたゲ@ @ンが妥当であるかを調査できます。
自動調整器ブロックからpidコントロ，ラ，に調整されたゲ@ @ンを伝達します。その後，調整コントローラーの性能を Simulink で検証できます。

手順 1.自動調整器のモデルへの組み込み

次の図は，闭环PID自动调谐器ブロックをpidコントロラとプラントの間に組み込む1の方法を示しています。

Pidコントロ，ラ，からの制御信号uは自動調整器ブロックのu端子に接続しています。u +Δ端子はプラント入力に接続しています。自動調整プロセスを開始する前は，自動調整器ブロックがpid制御信号をuからu +Δおよびプラント入力に直接渡します。この状態では，自動調整器ブロックはプラントやコントロ，ラ，の動作に影響しません。自動調整プロセスの実行中，ブロックはテスト信号をプラント入力に挿入し，yで応答を測定します。

自動調整プロセスの開始と終了のタ@ @ミングは启动/停止信号によって制御されます(手順 2.启动/停止信号の構成を参照)。実験が終了すると，ブロックはpidゲaaplンを計算し，それらをpid增益端子に返します。

閉ル，プのPID自動調整のために構成されたSim万博1manbetxulinkモデルのさらに詳しい例は，闭环PID自动调谐ブロックを使用したPIDコントローラーのリアルタイム調整を参照してください。

開ル，プ調整のバンプレス切り替え

开环PID自动调谐器ブロックは，推定実験中にuとu +Δの間にル，プを開きます。コントローラーに積分動作が含まれる場合,信号のトラッキングを使ってループが開いている間の積分器のワインドアップを防ぐことができます。信号のトラッキングにより,PIDコントローラーが,ループの外にある間も実際のプラント入力をトラッキングし続けることができます。そうでないと,調整プロセスの終わりに制御ループを閉じる時点でシステムにバンプが生じる可能性があります。次の図のシステムでは，PIDコントロ，ラ，がSi万博1manbetxmulinkPID控制器ブロックであり，[トラッキングモ，ドを有効にする]パラメ，タ，がオンになっています。プラント入力はコントロ，ラ，ブロックのトラッキング入力に接続しています。

開ル，プのPID自動調整のために構成されたSim万博1manbetxulinkモデルのさらに詳しい例は，开环PID自动调谐ブロックを使用したPIDコントローラーのリアルタイム調整を参照してください。

手順 2.启动/停止信号の構成

自動調整プロセスを開始したり停止するには，启动/停止端子で信号を使用します。実験が実行中でない場合，ブロックは信号に変更を加えずにuからu +Δへと渡します。この状態ではブロックはプラントやコントロ，ラ，の動作に影響しません。

ブロックが启动/停止端子で立ち上がりまたは立ち下がり信号を受け取ると,周波数応答の推定実験がそれぞれ開始または終了されます。手順 1.自動調整器のモデルへの組み込みに示されるシステムではstart/stop信号が単純なス选区ッチです。モデルの実行中，このス。実験を終了すると，調整されたpidゲaaplンがアルゴリズムによって生成され，ブロックがそれらをpid增益端子に返します。

手動のス@ @ッチの代わりに，特定のシミュレ@ @ション時間で実験を自動的に開始および終了するよう启动/停止信号を構成することも可能です。たとえば，2の一步ブロックの和を次のように使用できます。1 rcの一步ブロックを実験の開始時に0から1にステップするように構成し2番目の一步ブロックを終了時に1から0にステップするように構成します。この2の信号の合計をpid自動調整器ブロックの启动/停止端子に渡します。

実験の開始時間と終了時間を制御するために,アプリケーションに適したその他のロジックを構成することができます。実験の開始と終了を行うタ化学键ミングの詳細に化学键いては，手順 5.モデルの実行と調整実験の開始を参照してください。

手順 3.コントロ，ラ，パラメ，タ，と調整目標の指定

PID自動調整器ブロック内で,次のブロックパラメーターを使用して,調整するPIDコントローラーの構成を指定します。

タereplicationプ
形式
時間領域
コントロ、ラ、のサンプル時間(秒)
積分手法
フィルタ，手法

その後，調整用のタ，ゲット帯域幅と位相余裕を，それぞれ[タ，ゲットの帯域幅(ラジアン/秒)]パラメ，タ，と[タ，ゲットの位相余裕(度)]パラメ，タ，に指定します。

ラジアン/秒で指定されるターゲットの帯域幅は,調整した開ループ応答CPの0分贝のゲイン交差周波数のターゲット値です。ここでpはプラントの応答，cはコントロ，ラ，の応答です。この交差周波数は制御帯域幅を大まかに設定します。目的の立上がり時間τ秒に対し，タゲット帯域幅の推定は2/τラジアン/秒が適切です。

タ，ゲット位相余裕は，調整後のシステムに望まれるロバスト性を反映しています。通常は約45°~ 60°の範囲内の値を選択します。一般に，位相余裕が高いほどオ，バ，シュ，トは改善されますが，応答速度が制限される場合があります。既定値の60°は,性能とロバスト性のバランスを取り,プラントの特性によってオーバーシュートは5 ~ 10%になる傾向があります。

これらのパラメタの設定の詳細にいては，闭环PID自动调谐器ブロックまたは开环PID自动调谐器ブロックのリファレンスペ，ジを参照してください。

手順 4.実験パラメ，タ，の設定

周波数応答の推定実験は，タ，ゲット帯域幅ω_c近傍の周波数で正弦波信号を挿入します。

开环PID自动调谐器ブロックの場合は[1/3,1,3,10]ω_c
闭环PID自动调谐器ブロックの場合は[1/10,1/3,1,3,10]ω_c

ブロックの[正弦波振幅]パラメ，タ，を使用してこれらの信号の振幅を指定します。

プラントが漸近的に安定な場合，开环PID自动调谐器ブロックはステップ摂動でプラントのdcゲescンを推定することができます。この摂動の振幅は[ステップ振幅]パラメ，タ，で指定します。プラントが単一の積分器をも場合，[ステップ信号によるdcゲンの推定]パラメ，タ，をオフにします。

注意

不安定なプラントには閉ル，プや開ル，プpid自動調整を使用しないでください。
複数の積分器をもプラントに開ルプpid自動調整を使用しないでください。複数の積分器をもプラントには閉ルプpid自動調整を使用できます。

すべての摂動振幅は以下のとおりでなければなりません。

摂動がプラントアクチュエータのすべての不感帯を克服してノイズレベルを超える応答を生成できる程度に大きい。
定格操作点近傍のほぼ線形の領域内でプラントを実行し続け,プラントの入力または出力の飽和を回避できる程度に小さい。

実験パラメタの設定の詳細にいては，闭环PID自动调谐器ブロックおよび开环PID自动调谐器ブロックのリファレンスペ，ジを参照してください。

手順 5.モデルの実行と調整実験の開始

調整のための全パラメ，タ，を構成した後，モデルを実行します。

手動の启动/停止信号を構成した場合，プラントが定常状態に達したときに実験を開始します。
特定の時間で調整プロセスを開始および終了するように启动/停止信号を構成した場合，実験を開始するのに十分な時間シミュレ，ションを実行できるようにします。

手順 6.実験の停止と調整されたゲ@ @ンの確認

启动/停止信号が立下がると周波数応答の推定実験が終了します。

手動の启动/停止信号を構成した場合，% conv出力の信号が100%付近で安定したときに実験を終了します。
特定の時間で調整プロセスを開始および終了するように启动/停止信号を構成した場合，実験が終了するまでシミュレ，ションを実行するよう許可します。

いずれの場合も，実験時間の保守的な推定値は閉ル，プ調整の場合が200/ω_c，開ルプ調整の場合が100/ω_cです。ここでω_cはタ，ゲット帯域幅です。

実験を終了すると,ブロックは,システムおよびユーザー指定の調整目標の推定周波数応答に基づいて新しいPIDゲインを計算します。この結果が妥当であるかを調べます。たとえば,初期PIDコントローラーがある場合,調整されたゲインが初期設計のゲインとほぼ同じになると予想されることがあります。調整されたゲ▪▪ンを確認するには，いく▪▪かの方法があります。

自動調整器ブロックのpid增益端子の出力を表示します。この出力を表示する1の方法として，出力をSimu万博1manbetxlink显示ブロックに接続することができます。
ブロックの[ブロック]タブで，[matlabにエクスポ.ト]をクリックします。ブロックによって MATLAB^®ワ，クスペ，スOnlinePIDTuningResultに構造体が作成されます。この構造体の内容の詳細にいては，闭环PID自动调谐器ブロックまたは开环PID自动调谐器ブロックのリファレンスペ，ジを参照してください。

手順 7.調整後のゲンを使用したpidコントロラの更新

PIDコントローラーが次のいずれかである場合,自動調整器ブロックは調整されたコントローラーパラメーターをPIDコントローラーブロックに直接書き込むことができます。

万博1manbetxPID控制器ブロック。
次の条件が両方とも真であるカスタムpidコントロ，ラ，。
- カスタムコントロ，ラ，がマスクサブシステムである。
- PidゲescンがP、我、D、N(4。たとえば，カスタムPIコントロ，ラ，を使用する場合，必要なのはPと我のマスクパラメ，タ，のみです)。

調整後のゲインをコントローラーに書き込むように自動調整器ブロックを構成するには,コントローラーをPID自動調整器ブロックパラメーター内の“関連pidブロック”として指定します(詳細にいては，闭环PID自动调谐器ブロックまたは开环PID自动调谐器ブロックのリファレンスペ，ジを参照してください)。その後，[pidブロックの更新]をクリックしてコントロ，ラ，を更新します。シミュレションの実行中にpidゲンを更新できます。これは調整されたpidゲンを直ます。

メモ

シミュレーション中はいつでも調整または実験のパラメーターを変更し,実験を再開して,新しい調整済みゲインをPIDブロックにプッシュすることができます。その後，新しいゲ@ # @ンでシミュレ，ションが続行され，プラントの動作を観察できます。

Pidゲescンの手動更新

カスタムPIDコントローラーが直接更新の条件を満たさない場合,手動や独自のロジックを使用するなどの別の方法で調整後のゲインをコントローラーに伝達しなければなりません。

これらのゲインを確認して独自のコントローラーに伝達する際は,PID自動調整器ブロックにおけるこれらのゲインの意味に注意してください。離散時間の場合，ブロックは次のpidコントロ，ラ，伝達関数を仮定します。

$C ＝ P + 我 F_{我} （ z ） + D ［ \frac{N}{1 + N F_{d} （ z ）} ］，$

(並列形式)，または理想形式の場合，

$C ＝ P ［ 1 + 我 F_{我} （ z ） + D （ \frac{N}{1 + N F_{d} （ z ）} ）］．$

です。F_我(z)および_d(z)は，それぞれ[積分手法]と[フィルタ，手法]の式に指定する値によって異なります。詳細にいては，闭环PID自动调谐器ブロックまたは开环PID自动调谐器ブロックのリファレンスペ，ジを参照してください。

参考

闭环PID自动调谐器|开环PID自动调谐器