Làm thế nào để thiết kế một bộ điều khiển PID trong MATLAB - hướng dẫn từng bước
Những đòi hỏi
Nền tảng bạn tạo ra sẽ cho phép bạn đạt được kết quả tốt nhất.
1. Hệ thống mô hình hóa
Mô hình hóa hệ thống (còn được gọi là " Plant") là bước đầu tiên để thiết kế một điều khiển PID. Mô hình này là một biểu diễn của hệ thống động mà bạn muốn điều khiển.
Xác định mô hình thực vật Mô hình của một thực vật thường được định nghĩa theo các biểu diễn không gian trạng thái của nó hoặc hàm truyền.
đại diện cho các loài thực vật ở MATLAB MATLABcó các chức năng có thể đại diện cho mô hình thực vật. Bạn có thể sử dụng hàm TF () để tạo một hàm truyền tùy ý.
Mô hình thực vật đơn giản Hãy xem xét gương mẫu sau đây: Mô hình này có thể được thể hiện trong MATLAB như sau:
Matlab
G = (s + 1)/s
2. Thiết kế bộ điều khiển PID
Bước tiếp theo trong quá trình thiết kế là bộ điều khiển PID. MATLAB
Cấu trúc của bộ điều khiển PID Một PID controllr được cấu tạo bởi ba phần tử, tích phân, đạo hàm và tỷ lệ. Tín hiệu lỗi được sử dụng để xác định hành động điều khiển của từng thuật ngữ.
3. Điều chỉnh nhiệt độ điều khiển PID
Điều chỉnh bộ điều khiển PID Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng bộ điều khiển phản ứng đúng với những thay đổi của hệ thống và giữ ổn định.
Một ví dụ về cách điều chỉnh một bộ điều khiển PID bằng cách sử dụng phương pháp Ziegler Nichols Phương pháp Ziegler Nichols là một cách tiếp cận hệ thống để thiết lập lợi ích PID. Ứng dụng PID Tuner trong MATLAB có thể được sử dụng để điều chỉnh bộ điều khiển tự động.
3. Mô phỏng bộ điều khiển PID
Mô phỏng hiệu suất của PID rất cần thiết sau khi bộ điều khiển đã được thiết kế. Điều này sẽ đảm bảo rằng nó đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật.
Tạo ra một môi trường mô phỏng với MATLAB MATLAB, Simulink và các công cụ mạnh mẽ khác có sẵn để mô phỏng các hệ thống điều khiển.
Mô phỏng để thử nghiệm bộ điều khiển PID Bạn có thể mô phỏng tương tác giữa máy điều khiển thực vật bằng cách sử dụng các mô hình mô phỏng.
Phân tích kết quả mô phỏng MATLAB có các công cụ để phân tích kết quả mô phỏng. Chúng bao gồm các đường cong đáp ứng biểu đồ và đánh giá các số liệu hiệu suất.
4. Tối ưu hóaBộ điều khiển PID
Để tối ưu hoá hiệu suất của PID, bạn cần điều chỉnh độ lợi và giá trị tham số.
Tối ưu hóa các thông số PID cho hiệu suất tốt hơn Bạn có thể điều chỉnh độ lợi PID bằng tay và thấy được hiệu ứng trên system' s Hiệu suất.
Sử dụng các công cụ tối ưu hóa của MATLAB MATLAB cung cấp các hàm tối ưu hóa như Fmincon để tối ưu hóa độ lợi của bộ điều khiển PID.
Một ví dụ về tối ưu hóa điều khiển PID Xem xét sử dụng Fmincon để tối ưu hóa lợi ích trong điều khiển PID. Đây là mật mã ví dụ:
Matlab
% Định nghĩa chức năng chi phí hàm = @ (x) tổng ((bước (G * pid (x (1), x (2), x (3)) - 1).
% Tối ưu hoá giá trị lên xuống PID = [1, 1, 1]; tối ưu hoá = fmincon (chức năng tốn kém, khởi tạo lãi);
% hiển thị gainsdisp được tối ưu hóa (' Tối ưu hóa lợi nhuận: '); DISP (lợi nhuận tối ưu);
5. Áp dụng
Ứng dụng thế giới thực của bộ điều khiển PID được thiết kế trong MATLAB Các ví dụ bao gồm việc kiểm soát nhiệt độ của một lò công nghiệp, duy trì tốc độ của một động cơ DC, và quản lý hệ thống điều khiển động cơ của một chiếc xe.