連續模塊之PID控制器(PID Controller)

1.模型建立

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖1

打開MATLAB2014a,如上圖運行Simulink庫,彈出Simulink Library Blocks,點擊Continuous,在里面將會看到今天所要探究的PID Controller模塊。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖2

在Simulink Library Blocks菜單欄創建slx文件(2012版以下為mdl)。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖3

將新建文件選擇文件夾保存并將之命名PIDkzq。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖4

將PID Controller加入到PIDkzq.slx。

1)如下圖Add to PIDkzq載入其中。

2)鼠標左擊PID Controller按住拖動到其中。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖5

完善PID Controller系統控制模型,通過Sources→Signal Generator加入信號發生器。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖6

通過Continuous→Transfer Fcn加入控制對象。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖7

通過Commonly Used Blocks加入Scope觀測裝置。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖8

為構建PID控制器反饋機制,通過Commonly→Sum加入求和模塊。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖9

為實現負反饋功能,將其由|++變為|+-以此實現,通過round可設置圖標形狀為圓形。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖10

將上述拖入模塊連接,構成系統模型圖如下:

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖11

為了對PID控制信號前后進行對比,通過Commonly Used Blocks→Mux加入信號混合模塊。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖12

完善后的系統仿真模型如下所示:

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖13

2、參數詳解

主要對上圖參數進行配置及研究。

A、Signal Generator設置

打開Signal Generator,根據Wave form設置波形為sine正弦波。

設置Amplitude幅值為1,Frequency頻率為1Hz。

同時設置仿真時間為10s,這樣10內將會有10個正弦信號。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖14

B、Transfer Fcn選擇

打開Transfer Fcn對控制對象進行設計。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖15

如上所示,Numerator coefficient為傳函分子,Denominator coefficient為傳函分母,設計分子為[1],分母為[1 1 1]。

C、PID參數介紹

打開PID Controller。其默認模式為Controller:PID,時間為連續時間控制。Kp=1,Ki=1,Kd=0。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖16

點擊Run運行仿真,圖如下,其中黃色線為原始信號y=sin(t),粉紅色線為經過PID控制后,傳入傳函T即被控對象后的輸出信號y1。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖17

由圖可知道沒有調節參數的PID控制效果極差。

D、PID參數優化

對PID控制器三個參數進行設計,這個過程需要多次帶值調試,最終選擇Kp=22,Ki=1,Kd=3仿真結果較為良好。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖18

如下圖所示可以看到原始信號y與經過傳函T后的輸出信號y1波形保持一直良好,不過存在時滯,y1滯后一定相位角。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖19

E、PID控制類型選擇

由Controller可知PID控制器存在五種模式:PID,PI,PD,P,I。注意沒有單獨的D微分控制器。

選擇PI控制模式,取Kp=22,Ki=1,如下所示。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖20

系統PID Controller圖標變為如下。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖21

系統仿真結果見下圖。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖22

可以看出單純的PI控制已經滿足不了對控制對象T的信號跟隨。

選擇PD控制模式,取Kp=22,Kd=3,如下所示。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖23

系統PID Controller圖標變為如下。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖24

系統仿真結果見下圖。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖25

可以看出通過PD控制就可以滿足對控制對象T的信號跟隨,不需要加入I積分。

選擇P控制模式,系統PID Controller圖標變為如下。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖26

選擇I控制模式,系統PID Controller圖標變為如下。

連續模塊之PID控制器(PID Controller)的圖27

由于缺少D微分作用,單一的P或者I對系統傳函T不能很好的調試,在此不給出系統仿真圖了。

來源: 電力MATLAB

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