PID 自动调节的工作原理

要使用 PID 自动调节，需配置并部署以下其中一个 PID 自动调节器模块：Closed-Loop PID Autotuner 或 Open-Loop PID Autotuner。

自动调节过程

PID 自动调节器模块通过执行频率响应估计试验来发挥作用。这些模块向您的被控对象注入测试信号，并根据估计的频率响应调节 PID 增益。

下面的示意图大致说明了 PID 自动调节器模块在控制系统中是如何工作的。

在自动调节过程开始之前，自动调节器模块将控制信号直接从 u 中继到 u+Δu 处的被控对象输入。在该状态下，该模块对系统的性能没有影响。

当自动调节过程开始时，该模块在 u out 处注入测试信号，以实时收集被控对象输入-输出数据并估计频率响应。

  • 如果您使用的是 Open-Loop PID Autotuner 模块，该模块会在估计试验期间打开 u 与 u+Δu 之间的反馈环路。它会向 u+Δu 注入频率为 [1/3, 1, 3, 10]ωc 的正弦信号的叠加，其中 ωc 是您指定的调节目标带宽。对于非积分被控对象，该模块还可以注入阶跃信号以估计被控对象 DC 增益。所有测试信号都注入到标称被控对象输入之上，标称被控对象输入是试验开始时 u 处的信号值。

  • 如果您使用的是 Closed-Loop PID Autotuner 模块，则被控对象在试验期间仍受 PID 控制器及其电流增益的控制。闭环调节使用频率为 [1/10,1/3, 1, 3, 10]ωc 的正弦测试信号。

试验结束时，该模块使用估计的频率响应来计算 PID 增益。调节算法旨在平衡性能和稳健性，同时实现您指定的控制带宽和相位裕度。您可以配置逻辑以将调节后的增益从该模块传递到 PID 控制器，从而实时验证闭环性能。

PID 自动调节的工作流

以下步骤概述了 PID 自动调节的工作流。

  1. 将 PID 自动调节器模块加入到您的系统中，如示意图所示。

  2. 配置控制调节试验的开始和结束时间的开始/停止信号。您可以随时使用此信号启动 PID 自动调节过程。当您停止试验时，该模块将返回调节后的 PID 增益。

  3. 指定控制器参数，例如控制器类型和调节的目标带宽。

  4. 配置试验参数，例如频率响应试验期间注入的扰动的振幅。

  5. 使用开始/停止信号开始自动调节过程，并使其运行足够长的时间以完成频率响应估计试验。

  6. 停止自动调节过程。当试验停止时，自动调节器会计算并返回调节后的 PID 增益。

  7. 将调节后的增益从该模块传递到您的 PID 控制器。然后，您可以在 Simulink® 中或实时验证调节后的控制器的性能。

有关执行上述每个步骤的详细信息，请参阅：

另请参阅

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