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簡介

小編想給大家介一個(gè)用于simulink中調(diào)PI參數(shù)的工具，即PID Tuner。好多人問我PID參數(shù)都是咋調(diào)的，我還能咋調(diào)，我也是瞎調(diào)的唄。但哥這次要說的這個(gè)工具箱，有時(shí)候可能會(huì)對(duì)你調(diào)PI參數(shù)管點(diǎn)用，但貌似直接用在電力相關(guān)的模型中不太好使，But,whatever...說明使用PID Tuner可以對(duì)Simulink模型中的PID控制器，離散PID控制器，兩自由度PID控制器，兩自由度離散PID控制器進(jìn)行調(diào)參，實(shí)現(xiàn)控制性能和健壯性的良好平衡。在使用PID Tuner的時(shí)候，它會(huì)自動(dòng)做一些工作：

自動(dòng)計(jì)算被控裝置的線性模型。PID Tuner會(huì)將PID控制塊輸入和輸出之 間所有Simulink塊的組合看作為一個(gè)被控裝置，因此被控裝置將會(huì)包括控制環(huán)中所有塊體，不僅僅是控制器本身。? ? ?? 自動(dòng)給出一個(gè)經(jīng)過控制性能和魯棒性(健壯性)平衡的初始PID控制設(shè)計(jì)。這個(gè)過程基于經(jīng)過線性化的被控裝置模型的開環(huán)頻率響應(yīng)特性。? ? ?? 提供交互性工具和響應(yīng)曲線來幫助設(shè)計(jì)滿足要求的PID控制系統(tǒng)。

模塊使用

正常我們既可以通過matlab APP找到它的位置，也可以通過PID Controller模塊直接使用。

工具箱位置

通過PID?Controller模塊打開工具箱

PID Tuner 的設(shè)計(jì)流程

為更加方便地說明該工具最常用的使用流程，本次以一個(gè)matlab自帶的最簡單的例子來進(jìn)行舉例說明。(1)打開demo模型，在matlab 命令窗口輸入?open_system('scdspeedctrlpidblock')

模型打開

(2)打開模型并運(yùn)行當(dāng)前默認(rèn)PI參數(shù)下模型，如下，從仿真波形我們可以判定，PI參數(shù)可能還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

整體模型

模型對(duì)應(yīng)仿真結(jié)果

(3)雙擊點(diǎn)開PI模塊，模塊可設(shè)置參數(shù)如下圖所示

PID模塊屬性設(shè)置界面

其中標(biāo)出的數(shù)字：1可以設(shè)置調(diào)節(jié)器的類型；2可以選擇調(diào)節(jié)器是連續(xù)還是離散模式；3可以設(shè)置PID兩種不同的表達(dá)式(具體如下圖所示)；4處可以對(duì)PID進(jìn)行一些設(shè)置，比如初始值、復(fù)位條件、輸出限幅等；5處為具體PID參數(shù)數(shù)值。

兩種不同表示方式對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)公式

(4)調(diào)整PID參數(shù)，在已經(jīng)打開的模塊屬性最下方，選擇合適的調(diào)整校驗(yàn)方法，大部情況下選第一個(gè)基于傳遞函數(shù)的方法即可，然后點(diǎn)擊后邊的Tune按鈕。

基于傳遞函數(shù)的設(shè)計(jì)方法

(5)彈出界面如下，根據(jù)需求通過下圖中1位置添加對(duì)應(yīng)的觀測曲線，拖動(dòng)2處調(diào)節(jié)按鈕，參考下邊plot曲線，調(diào)整合適的參數(shù)，通過3處顯示或自動(dòng)更新調(diào)整后的參數(shù)。

參數(shù)調(diào)整及曲線顯示界面

(6)運(yùn)行更新后的模型，并再次查看仿真結(jié)果通過改后的結(jié)果可以看出明顯比改前的波形好。

更新后PI參數(shù)及仿真結(jié)果

本次主要通過matlab自帶的一個(gè)demo演示PID模塊參數(shù)的一個(gè)整定方法，個(gè)人覺得在某些模型上使用起來還是挺方便的，對(duì)模型調(diào)試有一定的幫助。

說明

PI或PID參數(shù)整定是一個(gè)經(jīng)常困擾我們的問題，之前小編介紹過通過PID Tuner工具調(diào)整參數(shù)，另外我們還可以通過System Identification工具箱(MATLAB系統(tǒng)辨識(shí)工具箱 System Identification)，將復(fù)雜系統(tǒng)等效成傳遞函數(shù)，再結(jié)合PID Tuner加速參數(shù)的設(shè)計(jì)。本次作者介紹通過PID Tuner的IO 數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)PID參數(shù)，因?yàn)楹芏嗄Ｐ?#xff0c;當(dāng)我們通過PID controller點(diǎn)開設(shè)計(jì)工具時(shí)，界面是如下圖所示的，我們無法通過拖動(dòng)參數(shù)條來調(diào)節(jié)參數(shù)。

PID Tuner界面

針對(duì)上圖所示的情況，我們應(yīng)該如何調(diào)繼續(xù)調(diào)整PI參數(shù)是一個(gè)問題。通過小編的研究，可通過I/O數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行調(diào)整，鑒于作者水平有限，請(qǐng)大家擇優(yōu)品鑒，隨時(shí)交流。應(yīng)用舉例本次以一個(gè)相對(duì)比較簡單的boost電路進(jìn)行舉例說明調(diào)節(jié)參數(shù)的方法及步驟。整體模型如下圖所示，boost電路輸入直流電壓Vin=30V，電感L=0.1mH，電容C=100uf，負(fù)載為50Ω的純電阻，開關(guān)頻率10kHZ，控制采用直流電壓控制，給定電壓參考值開始為60V，0.5s后變?yōu)?0V，采用PI控制器，在默認(rèn)PI參數(shù)下，仿真結(jié)果見下圖右側(cè)。

boost電路及默認(rèn)PI參數(shù)仿真結(jié)果

操作步驟上述結(jié)果很明顯PI參數(shù)是不合理的，我們可以通過以下步驟對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。(1)通過PID Controller模塊打開PID Tuner工具箱；

打開PID Tuner界面

(2)識(shí)別系統(tǒng)：在打開的PID Tuner界面Plant 下拉菜單中選擇Identify new ?plant，如下圖所示；

識(shí)別系統(tǒng)

(3)獲取I/O數(shù)據(jù)：在新打開的PLANT IDENTIFICATION界面Get I/O Data下拉菜單中選擇Simulate Data選項(xiàng)；

獲取I/O數(shù)據(jù)

(4)設(shè)置系統(tǒng)輸入：在新打開的SIMULATION I/O DATA界面設(shè)置相應(yīng)的輸入?yún)?shù)；

設(shè)置輸入?yún)?shù)

(5)依次進(jìn)行下圖1，2，3操作過程；

顯示輸入及誤差等情況

(6)設(shè)置極點(diǎn)個(gè)數(shù)：上述(5)過程完成后，點(diǎn)擊Close，回到PLANT IDENTIFICATION界面，并選擇極點(diǎn)情況，此處我們先選擇Underdamped Pair，后續(xù)我們?cè)龠x一次Two Real Poles進(jìn)行一下兩種情況的對(duì)比。不同的選擇對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)形式可以參考該設(shè)置項(xiàng)的右側(cè)公式；

配置極點(diǎn)情況

(7)自動(dòng)生成傳遞函數(shù)：依次點(diǎn)擊Auto Estimate和Apply，這樣界面左邊就會(huì)自動(dòng)更新跟蹤參考曲線；

生成傳遞函數(shù)

(8)調(diào)整參數(shù)：回到PID Tuner界面，拖動(dòng)參數(shù)調(diào)節(jié)條，整定參數(shù)，合適后，點(diǎn)擊Update Block自動(dòng)更新模型中的PI參數(shù)；

參數(shù)調(diào)整

(9)運(yùn)行模型：PI參數(shù)更新完畢后，我們可以運(yùn)行模型，觀測控制結(jié)果，如果結(jié)果與你預(yù)期有差別，可以再次調(diào)整，更新，直至達(dá)到滿意的結(jié)果，也可以在步驟(6)中選擇其他的極點(diǎn)配置設(shè)置，對(duì)比不同情況的結(jié)果，選擇比較好的參數(shù)。

仿真結(jié)果

步驟(6)選擇Two?Real?Poles選項(xiàng)

選擇Two?Real?Poles選項(xiàng)仿真結(jié)果

本次介紹了一種設(shè)計(jì)PI參數(shù)的方法，個(gè)人認(rèn)為對(duì)于相對(duì)簡單的系統(tǒng)或電路相對(duì)較為實(shí)用對(duì)于復(fù)雜多PI的系統(tǒng)，還有待進(jìn)一步研究實(shí)踐。

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總結(jié)

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