Làm thế nào để thiết kế một bộ điều khiển PID theo hướng dẫn MATLAB-Step-by-Step

Học cách thiết kế ABộ điều khiển PIDTrong MATLAB với hướng dẫn toàn diện này. Thực hiện từng bước một để thiết kế mô hình, chỉnh, và tối ưu hoá bộ điều khiển PID của bạn cho hiệu suất hệ thống tối ưu.

  1.Giới thiệu

Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân (PID) là một cơ chế điều khiển vô giá trong các ứng dụng kỹ thuật khác nhau, giúp đảm bảo đầu ra mong muốn bằng cách giảm thiểu lỗi giữa điểm đặt mong muốn và đầu ra thực tế. Giỏi với việc thiết kế các bộ điều khiển PID trong MATLAB cho phép các kỹ sư điều chỉnh chính xác hiệu suất hệ thống với điều khiển và tối ưu hóa chính xác; Do đó, bài viết này sẽ thực hiện từng bước qua từng giai đoạn của quá trình thiết kế này cho bạn.

  2. Trước khi bắt đầu thiết kế bộ điều khiển PID

Trước khi thiết kế bộ điều khiển PID, đảm bảo MATLAB và hộp công cụ hệ thống điều khiển được cài đặt và sẵn sàng để sử dụng. Khởi động MATLAB và tạo ra một dự án Kịch bản hoặc kịch bản trực tiếp từ đầu. Điều này cung cấp tất cả các công cụ thiết yếu và không gian làm việc để thiết kế và mô phỏng các thiết kế bộ điều khiển PID.

 3. Mô hình hóa hệ thống

Bước đầu tiên trong việc thiết kế một bộ điều khiển PID là mô hình hóa hệ thống mà bạn đang tìm cách điều khiển bằng cách tạo ra chức năng truyền của nó (đại diện cho việc đầu vào ảnh hưởng đến đầu ra của bất kỳ thực vật hoặc quá trình nào). Bạn có thể định nghĩa chức năng truyền với MATLAB bằng cách chạy lệnh này:

Hệ thống = TF (chữ số, mẫu số);

Thay thế và thay thế các hệ số từ system& của bạn#39; s Transfer function. 

  4. Thiết kế bộ điều khiển PID ở MATLAB

Có hai phương pháp để thiết kế bộ điều khiển PID bằng cách sử dụng MATLAB: sử dụng ứng dụng điều chỉnh PID của nó hoặc điều chỉnh thủ công.

1. Khởi động ứng dụng PID Tuner bằng cách nhập lệnh này:

1. Ứng dụng sẽ tự động tối ưu hóa các thông số PID để phù hợp với hệ thống của bạn và sau khi điều chỉnh, xuất khẩu chúng để đánh giá thêm trong môi trường không gian làm việc của bạn. 2. Sau khi tối ưu hóa đã diễn ra, chia sẻ và thực hiện bộ điều khiển của bạn thông qua bàn làm việc để điều tra và thực hiện thêm.

Điều chỉnh thủ công:

1. Hãy xác định các thông số PID như Kp, Ki và Kd để điều chỉnh thủ công. 2. Tạo bộ điều khiển PID bằng cách sử dụng command " PIDCMD.PAPIDCARD = 3."

1. Sử dụng các chức năng phản hồi để đóng vòng lặp và xác định hàm truyền của nó: C = Kp + Ki + Kd.

Sau khi thiết kế bộ điều khiển PID, sử dụng mô phỏng phản ứng của hệ thống cho mục đích đánh giá. Sử dụng phân tích hàm bước để vẽ phản hồi bước của nó; Đối với các hệ thống vòng kín, đáp ứng bước này vẽ ra có thể cung cấp hiểu biết nhiều hơn đáp ứng tần số của nó:

Bước (T); Để xác định liệu một bộ điều khiển đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật mong muốn, các số liệu hiệu suất chính bao gồm thời gian tăng, thời gian xác định và vượt quá nên được xem xét cẩn thận.

  5. Tối ưu hóa bộ điều khiển

Nếu thiết kế ban đầu không đáp ứng các tiêu chí hiệu suất, có thể cần tối ưu hóa các thông số PID để mang chúng trong các tiêu chuẩn chấp nhận được. MATLAB cung cấp chức năng Pidtune của mình để điều chỉnh tự động:

[C, info] = PIDtune (' PID' C);

Hàm này tối ưu hóa các thông số PID dựa trên các tiêu chí được xác định trước để cung cấp hiệu suất tối đa.

Triển khai bộ điều khiển bằng Simulink

Simulink cung cấp các giải pháp thực hiện trong thời gian thực và mô phỏng mạnh mẽ, bao gồm mô hình hóa và mô phỏng bộ điều khiển PID. Chỉ cần xây dựng một mô hình chính xác về hệ thống của bạn bằng Simulink và thêm một khối điều khiển PID; Cấu hình khối này với các thông số tùy chỉnh trước khi mô phỏng để phân tích kết quả và xác định các cải tiến cần được thực hiện ở đâu.

  6. Kết luận

Tạo một bộ điều khiển PID bằng MATLAB yêu cầu nhiều bước, từ việc lập mô hình hệ thống của bạn thông qua việc tối ưu hóa bộ điều khiển. Bằng cách tuân theo hướng dẫn này, bạn có thể chế tạo một BỘ điều chỉnh PID hiệu quả để đảm bảo hiệu suất tối ưu - nhớ điều chỉnh lặp và xác nhận là những yếu tố quan trọng để đạt được kết quả mong muốn!