如何自动调优PID控制器
学习如何自动调优PID控制器,无论您是否有一个现有的动态系统的数学模型,或您正在根据硬件上运行的算法的响应调优PID参数。自动PID整定可用于各种系统,并将通过为您的控制系统提供良好的初始控制参数集来节省开发时间。
在本视频中,您将学习如何使用两种方法自动调优PID控制器。如果您的系统有一个数学模型,我们将向您展示如何使用仿真和交互式PID调优工具。另一方面,如果没有工厂的模型,我们将展示如何生成在物理工厂使用的硬件中运行的测试,以便自动计算优化的PID增益。
要使用仿真调优PID控制器,请从表示您想要稳定的电厂动态的数学模型开始。可以使用传递函数或状态空间模型等表示来模拟植物,或者也可以使用基于您试图控制的植物领域的系统物理模型来模拟行为。例如用Simscape开发的电气或机械模型。在这种情况下,我们使用直流电机的传递函数与输入电压和输出轴角。然后在Simulink中使用PID控制器块设置控制器的体系结构,并使用对话窗口中提供的选项选择您想要实现的控制器类型。万博1manbetx然后单击块参数的自动调优部分中的“调优”按钮。在这个例子中,我们的装置是线性的,但如果你的装置是非线性的,这个过程将使你的装置相对于它的工作点线性化,然后计算一个初始控制增益集。一旦完成,它将在PID调谐器应用程序中调出系统的调谐响应。默认情况下,调谐过程计算一组增益以实现平衡性能,但您可以通过选择参考跟踪或干扰抑制之间的优先级来进一步调整响应,您可以通过与“响应时间”和“瞬态行为”控件交互来微调参数。一旦你对闭环系统的响应感到满意,你可以点击“更新块”按钮,将计算的参数发送回你的PID块。最后,利用仿真模型对系统行为进行验证,这种验证对于更为复杂的非线性系统更加关键。 It is also worth noting that if you prefer a more programmatic approach you can setup your control architecture and the tuning process using MATLAB functions. For more information on that check out the links in the description.
另一方面,如果您的工厂没有模型,或者您的系统呈现非线性或复杂的行为,难以在模拟中复制,您可以创建一个自动测试上传到您的硬件,结果将为您提供一组优化的PID增益。
在本例中,我们通过设置电机速度并使用连接到电机轴上的旋转编码器的信息来控制车轮的旋转。在这种情况下,我们还将开始在Simulink中使用PID控制块建立一个稳定的控制体系结构。万博1manbetx然而,我们现在将在模型中包括闭环PID自动调谐器块。这个块应该放在连接你的PID控制器到你的工厂的信号中,并要求作为一个输入的工厂测量。该算法将在控制器输出中注入一个测试信号,以便估计系统的频率响应。但是,整个实验过程将使用PID控制块中设置的起始增益,因此系统在闭环组态下保持稳定。因为自动调优算法是为了执行一个触发的测试,您还可以使用第三个输入信号控制测试开始和停止的时间,并且第三个块输出将包含算法计算的最终PID增益。最小的测试设置包括确保控制器选项与PID块匹配,控制器响应的一组调优目标,以及注入到系统中的测试信号的大小的系数。在这种情况下,我希望我的控制器在半秒内或2赫兹带宽响应,因为我的电机的速度范围是-100到100,我将设置干扰量级为10,这是该驱动范围的保守分数。要确定测试是否成功,可以使用第二个输出监视测试收敛。 Once we start the test, this value should converge quickly, once it gets close to 100% you can stop the test and record the PID gains calculated.
在本例中,我将生成C代码并将其部署到我的微控制器上,并且通过使用硬件监视器和可用硬件支持包中包含的调优功能直接与硬件交互,但您也可以生成独立的C代码并将其与您首选的测试方法集成。万博1manbetx在测试已经启用并且收敛接近100%之后,您可以停止测试并获得新的PID增益。也可以直接从自调谐器块参数的块选项卡上更新PID块上的增益。在这种情况下,与最初的增益相比,我们提高了上升时间X秒。
感谢收看,希望你喜欢这个视频。如果你有兴趣了解更多关于PID控制器的一般知识或基于MATLAB和Simulink的整定方法,请查看下面描述中的链接。万博1manbetx
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