MatlabsimulinkPID自动控制ControllerPID自动控制控制器.doc
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1、.*Matlab simulink PID Controller PID控制器模拟连续或离散时间的PID控制器库连续,离散说明在Simulink模型实现一个连续或离散时间控制器(PID,PI,PD,P,I)。 PID控制器的增益是可调的手动或自动方式。自动调整需要Simulink控制设计软件(PID调谐器或SISO设计工具)。PID Controller block块的输出是输入的加权总和的信号,输入信号的积分,和输入信号的导数。 权重比例,积分和微分增益参数。一阶极点滤波器的微分动作。PID Controller模块的配置选项包括: 控制器的类型(PID,PI,PD,P,或我) 控制器形式(
2、并行或理想) 时域(连续或离散) 初始条件和复位触发 输出饱和的限制,并内置抗饱和机制 无波动地控制传输的信号跟踪和多回路控制在一个公共执行方式中,PID控制器块的前馈路径中的反馈环路工作: 块的输入端通常是一个误差信号,这是一个参考信号和所述系统的输出之间的差异。对于两个输入的块,允许给定值的加权,请参阅 PID Controller (2 DOF))块 。您可以生成代码来实现你的控制器 可以使用任何Simulink的数据类型,包括定点数据类型。 (代码生成需要Simulink编码器软件 定点的实现 需要 定点工具箱)。对于一些应用程序的PID Controller块的例子来说明,请参阅下面
3、的仿真演示:: 使用PID控制器的抗饱和控制 手动无波动控制传输和PID控制数据类型支持PID Controller模块接受Simulink软件支持的任何数值数据类型,包括定点数据类型的实际信号。 Simulink文档了解更多信息,请参见Data Types Supported by Simulink参数下表总结了PID Controller 模块参数,访问模块参数对话框。课题参数Choose controller form and type.选择控制器形式和类型。 Controller Form 在Main 选项卡 Controller Choose discrete or continuo
4、us time.选择离散或连续的时间。 Time-domain Sample timeChoose an integration method (discrete time). 选择积分方法(离散时间)。 Integrator method Filter method Set and tune controller gains.控制器的增益设置和调整 Proportional (P) 在Main 选项卡 Integral (I) 在Main 选项卡 Derivative (D) 在Main 选项卡 Filter coefficient (N) 在Main 选项卡Set integrator a
5、nd filter initial conditions. 设置积分器和过滤器的初始条件。 Initial conditions Source在Main 选项卡 Integrator Initial condition在Main 选项卡 Filter Initial condition在Main 选项卡 External reset在Main 选项卡 Ignore reset when linearizing在Main 选项卡Limit block output.限位块输出。 Limit output在PID Advanced 选项卡中 Lower saturation limit在PID A
6、dvanced 选项卡中 Upper saturation limit在PID Advanced 选项卡中 Ignore saturation when linearizing在PID Advanced 选项卡中Configure anti-windup mechanism (when you limit block output). 配置抗饱和机制(当你在限制块输出)。 Anti-windup method在PID Advanced 选项卡中 Back-calculation gain (Kb) 在PID Advanced 选项卡中Enable signal tracking启用信号跟踪。.
7、 Enable tracking mode在PID Advanced 选项卡中 Tracking gain (Kt) 在PID Advanced 选项卡中Configure data types. 配置数据类型。 Parameter data type在Data Type选项卡 Product output data type 在Data Type选项 Summation output data type 在Data Type选项 Accumulator data type 在Data Type选项 Integrator output data type 在Data Type选项 Filter
8、 output data type 在Data Type选项 Saturation output data type 在Data Type选项 Lock output data type setting against changes by the fixed-point tools 在Data Type选项 Saturate on integer overflow 在Data Type选项 Integer rounding mode 在Data Type选项Configure block for code generation配置块生成代码。. State name在State Attrib
9、utes选项卡 State name must resolve to Simulink signal object在State Attributes选项卡 Code generation storage class在State Attributes选项卡 Code generation storage type qualifier在State Attributes选项卡Controller form选择控制器的形式。设置Parallel (默认) 选择的控制器的形式,其中输出是总和的比例,积分和微分作用,加权根据独立的增益参数P,I和D的滤波器系数,N设置微分滤波器的极点位置。对于一个连续时间
10、 并联PID控制器的传递函数是: 对于一个离散时间的并联PID控制器的传递函数的形式如下: Integrator method来确定(z)和Filter method的 B(Z)方法确定(采样时间Ts): 向前欧拉方法向后欧拉方法梯度方法(由积分法测定)(滤波算法确定)块“对话框中显示当前设置的控制器的传递函数。Parallel PID ControllerIdeal 选择一个控制器构成的比例增益P作用于所有的动作的总和。为并行形式的传递函数是相同的,除了使P乘以所有信号。对于一个连续时间理想的PID控制器,传递函数是: 对于一个离散时间的理想的PID控制器的传递函数是:ntegrator m
11、ethod 来确定(z)和Filter method 确定 B(Z)如前所述。 Ideal PID ControllerController指定的控制器类型。设置PID (默认) 实现控制器与比例,积分和微分作用.PI 实现一个控制器的比例和积分作用。PD 实现控制器的比例和微分作用。P 实现一个控制器比例作用。I 实现控制器的积分行动。 当前设置模块的控制器的传递函数在对话框中显示。Time-domain选择连续或离散时间域。改变模块的外观,以反映您的选择。 设置Continuous-time (默认) 选择连续时间表示形式。Discrete-time 选择 离散时间表示。选择离散时间,您还
12、可以指定 Sample time,这是离散的样本之间的间隔。离散式积分方法 积分器 和导 数的过滤器使用 Integrator method和Filter method的菜单。.Integrator method(仅适用于当您设定Time-domain的Discrete-time。)指定的方法来计算积分器的输出。对于离散时间积分方法的更多信息,请参阅Discrete-Time Integrator。设置Forward Euler (默认) 选择正向矩形(左侧)逼近。. 此方法最好是较小的采样时间,奈奎斯特极限控制器的带宽相比要大得多。较大的采样时间,即使在离散系统是稳定的持续时间,在向前欧拉方
13、法可能会导致不稳定。Backward Euler 选择向后矩形的(右侧)逼近。如果您正在生成代码,使用Simulink编码器软件或定点工产品具箱,你激活后计算抗饱和的方法,这种方法可能会导致在 你的控制器 的代数环。代数环可能会导致生成的代码速度较慢。Simulink代数环模型的更多信息,请参阅在Simulink文档的Algebraic Loops向后欧拉方法的优点是离散的稳定Trapezoidal 选择双线性逼近。 如果您正在生成代码,使用Simulink编码器软件或定点工具箱产品,你激活后计算的抗饱和的方法,这种方法可能会导致 在你的控制器的代数环。代数 环可能会导致生成的代码速度较慢。在
14、Simulink模型的代数环的更多信息,请参阅Algebraic Loops 梯形的方法的一个优点是,使用这种方法在稳定的连续时间系统 离散化总是产生一个稳定的离散时间的结果。所有可用的方法,梯形方法都可以得到最接近的的离散系统 和 相应的连续时间系统的 频域特性。Filter method(仅适用于当您设定Time-domain的Discrete-time。)指定的方法使用计算导数过滤器的输出。对于离散时间积分方法的更多信息,请参阅Discrete-Time Integrator。设置Forward Euler (默认) 选择正向矩形(左侧)逼近。.此方法最好是较小的采样时间,奈奎斯特极限控
15、制器的带宽相比要大得多。较大的采样时间,即使在离散系统是稳定的持续时间,在向前欧拉方法可能会导致不稳定。 Backward Euler 选择向后矩形的(右侧)逼近。如果您正在生成代码,使用Simulink编码器软件或定点工产品具箱,你激活后计算抗饱和的方法,这种方法可能会导致在 你的控制器 的代数环。代数环可能会导致生成的代码速度较慢。Simulink代数环模型的更多信息,请参阅在Simulink文档的Algebraic Loops向后欧拉方法的优点是离散稳定的连续时间系统,使用此方法总是产生一个稳定的离散时间的结果。任何过滤器的参数值N 0用这种方法产生一个稳定的结果。 . Trapezoi
16、dal 选择双线性逼近。 如果您正在生成代码,使用Simulink编码器软件或定点工具箱产品,你激活后计算的抗饱和的方法,这种方法可能会导致 在你的控制器的代数环。代数 环可能会导致生成的代码速度较慢。在Simulink模型的代数环的更多信息,请参阅Algebraic Loops 梯形的方法的一个优点是,使用这种方法稳定的连续时间系统离散化总是产生一个稳定的离散时间的结果。任何过滤器的参数值N 0 用这种方法产生一个稳定的结果。所有可用的过滤器的方法,梯形的方法产生的离散化的系统 和相应的连续时间系统的频域的之间的属性最接近 匹配。 Sample time (-1 for inherited)
17、(仅当您设定的Time-domain的Discrete-time)。指定采样的离散时间之间的间隔。设置默认: 1通过默认,模块使用离散采样时间为1。要指定一个不同的采样时间,输入另一个离散值,如0.1。如果指定了一个值-1,PID控制器模块继承了来自上游块的采样时间。不要输入值为0;实现连续时间控制器,选择Time-domain的Discrete-time。请参阅How to Specify the Sample Time .Proportional (P)(PID,PD,PI和P控制器)指定比例增益P。 默认: 1输入一个有限的实际增益值成 到Proportional (P)的字段。使用标量
18、或矢量的增益值。对于并联PID控制器的形式,比例作用是独立的积分和微分作用。对于一个理想的PID控制器的形式,比例作用充当 积分和微分作用。请参阅Controller form 。当你有仿真控制设计安装的软件,你可以使用PID调谐器或SISO设计工具自动调整控制器的增益。参阅See Designing Compensators。 Integral (I)(PID,PD,PI和P控制器)指定积分增益i默认: 1使用标量或矢量的增益值 输入一个 有限的 的实际增益值到 Integral (I)字段中。当你有仿真控制设计安装的软件,你可以使用PID调谐器或SISO设计工具 自动调整控制器的增益。参考
19、Designing Compensators。Derivative (D)(可为PID和PD控制器)。指定微分增益D。默认: 0使用标量或矢量的增益值 输入一个有限的增益值到Derivative (D)。当你有仿真控制设计安装的软件,你可以使用PID调谐器或SISO设计工具自动调整控制器的增益。参考Designing Compensators.Filter coefficient (N)(PID和PD控制器)指定的滤波器系数N,这就决定了在微分动作的过滤器中极点的位置在Time-domain中选 Continuous-time,滤波器的极点落在S =-N。离散时间,选择的Filter meth
20、od,取决于它的极点位置(采样时间Ts): Forward Euler: Backward Euler: Trapezoidal:默认: 100. 使用标量或矢量的增益值 输入一个有限的 增益值到Filter Coefficient (N)字段。需要注意的是PID控制器模块不支持N =的INF(理想未经滤波的导数)。当你有仿真控制设计安装的软件,你可以使用PID调谐器或SISO设计工具自动调整控制器的增益。在Simulink控制设计文件中的补偿器设计。需要自动调整N 0Initial conditions Source(仅适用于控制器的积分或微分动作)。选择积分的源和过滤器的初始条件。模拟开始
21、 或在一个特定的触发事件(参见外部复位), 在Simulink的使用的初始条件 来初始化的积分器和过滤器的输出。反过来积分器和过滤器的初始条件确定的初始块输出。 设置internal (默认) 指定明确地使用 the Integrator Initial condition 和Filter Initial condition 参数 积分器和过滤初始条件。 external 外部指定的积分器和过滤器的初始条件。额外的输入端口会出现在块,输入每个初始条件:I0的积分器和D0的过滤器:Integrator Initial condition(仅当Initial conditions Source是i
22、nterna内,的控制器具有积分功能。)指定积分的初始值。在模拟开始或在指定的触发事件(参见外部复位) Simulink 使用的初始条件来初始化积分器的输出。该积分器的初始状态下,连同过滤器的初始条件,确定PID控制器块的最初输出。默认: 0Simulink中不允许积分的初始条件是INF或NaN。Filter Initial condition(仅当Initial conditions Source 是internal , 控制器具有积分行动。)指定过滤器的初始值。在模拟开始或在指定的触发事件(参见外部复位),Simulink 使用的初始条件来初始化滤波器的输出。该过滤器的初始状态下,与积分器
23、的初始条件下,一起确定PID控制器的块的初始输出 默认: 0Simulink的过滤器的初始条件不允许INF或NaN。 External reset选择触发事件,重置的积分器和滤波器输出的Integrator Initial condition和Filter Initial condition字段中指定的初始条件。以外没有选择任何选项 使块的外部复位信号 输入,如下所示:或者,如果 Initial conditions Source 是 External, 设置none (默认) 积分器和滤波器输出的初始条件不复位。 rising 复位输出,当沿复位信号上升。 falling 复位输出,当沿复位
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