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Entwerfen von PID-Reglern mit PID Tuner

In der Control System Toolbox™ ermöglicht PID Tuner Ihnen das automatische, interaktive Optimieren von PID-Reglern für Regelstrecken, die durch LTI-Modelle dargestellt werden.

Informationen zur Verwendung von PID Tuner zum Optimieren eines PID Controller-Blocks in einem Simulink®-Modell finden Sie unter Introduction to Model-Based PID Tuning in Simulink (Simulink Control Design).

Überblick über PID Tuner

Verwenden Sie PID Tuner für den interaktiven Entwurf eines SISO-PID-Reglers in der Konfiguration eines einschleifigen Regelungssystems mit Gegenkopplung.

PID Tuner entwirft automatisch einen Regler für Ihre Regelstrecke. Sie müssen lediglich den Typ (P, I, PI, PD, PDF, PID, PIDF) und die Form (Parallel oder Standard) des Reglers angeben.

Sie können PID Tuner auch für den interaktiven Entwurf eines 2-DOF-PID-Reglers für die Feedback-Konfiguration in der folgenden Abbildung verwenden:

PID Tuner kann 2-DOF-PID-Regler entwerfen, in denen die Sollwert-Gewichtungen freie und optimierbare Parameter sein können. PID Tuner kann auch Regler entwerfen, in denen die Sollwert-Gewichtungen in gebräuchlichen Regelungskonfigurationen feste Parameter sind, wie zum Beispiel I-PD und PI-D.

Den Entwurf können Sie mit verschiedenen Antwortdiagrammen analysieren und interaktiv an Ihre Leistungsanforderungen anpassen.

Um PID Tuner zu starten, verwenden Sie den Befehl pidTuner:

pidTuner(sys,type)

Dabei ist sys ein lineares Modell der Regelstrecke, die geregelt werden soll, und type ist der Reglertyp, der entworfen werden soll.

Sie können auch den folgenden Befehl eingeben:

pidTuner(sys,Cbase)

Dabei ist Cbase ein Referenzregler, der es Ihnen ermöglicht, die Leistung des entworfenen Reglers mit der Leistung von Cbase zu vergleichen.

Weitere Informationen zu sys und Cbase finden Sie auf der Referenzseite zu pidTuner.

Hinweis

Sie können PID Tuner auch im MATLAB®-Desktop auf der Registerkarte Apps öffnen. In diesem Fall verwenden Sie das Menü Plant in PID Tuner, um Ihr Regelstreckenmodell anzugeben.

PID-Reglertyp

Verwenden Sie eine der folgenden Methoden, um den Reglertyp auszuwählen:

  • Typ beim Öffnen der App angeben: Geben Sie type als Argument im Befehl pidTuner an, wenn Sie PID Tuner öffnen. Beispiel: Mit pidTuner(G,'PIDF2') wird PID Tuner mit einem ersten Entwurf geöffnet, der aus einem 2-DOF-PID-Regler mit einem Filter im Differenzialglied besteht.

  • Typ mit einem vorhandenen Regler-Objekt angeben: Geben Sie den Referenzregler Cbase als Argument im Befehl pidTuner an, wenn Sie PID Tuner öffnen. PID Tuner entwirft einen Regler desselben Typs wie Cbase. Beispiel: C0 sei ein pid-Regler-Objekt, das ausschließlich Proportional- und Differenzialverhalten aufweist (PD-Regler). Mit pidTuner(G,C0) wird dann PID Tuner mit einem ersten Entwurf geöffnet, der aus einem PD-Regler besteht.

  • Reglertyp in der App angeben: Verwenden Sie in PID Tuner das Menü Type, um Reglertypen zu ändern.

In der folgenden Tabelle finden Sie eine Zusammenfassung der verfügbaren PID-Reglertypen. Weitere Informationen zu diesen Reglertypen finden Sie unter PID Controller Types for Tuning.

1-DOF-Regler

type-Eingabe für pidTunerEintrag in Menü TypeReglerverhalten
'P'PNur Proportionalverhalten
'I'INur Integralverhalten
'PI'PIProportional- und Integralverhalten
'PD'PDProportional- und Differenzialverhalten
'PDF'PDFProportional- und Differenzialverhalten mit Filter erster Ordnung im Differenzialglied
'PID'PIDProportional-, Integral- und Differenzialverhalten
'PIDF'PIDFProportional-, Integral- und Differenzialverhalten mit Filter erster Ordnung im Differenzialglied

2-DOF-Regler

PID Tuner kann automatisch 2-DOF-PID-Regler verschiedener Typen mit freien Sollwert-Gewichtungen entwerfen. In der folgenden Tabelle finden Sie eine Zusammenfassung der 2-DOF-PID-Reglertypen in PID Tuner. Weitere Informationen zu 2-DOF-PID-Reglern im Allgemeinen finden Sie unter Two-Degree-of-Freedom PID Controllers.

type-Eingabe für pidTunerEintrag in Menü TypeReglerverhalten
'PI2'PI22-DOF-Proportional- und -Integralverhalten
'PD2'PD22-DOF-Proportional- und -Differenzialverhalten
'PDF2'PDF22-DOF-Proportional- und -Differenzialverhalten mit Filter erster Ordnung im Differenzialglied
'PID2'PID22-DOF-Proportional-, -Integral- und -Differenzialverhalten
'PIDF2'PIDF22-DOF-Proportional-, -Integral- und -Differenzialverhalten mit Filter erster Ordnung im Differenzialglied

2-DOF-Regler mit festen Sollwert-Gewichtungen

Verwenden Sie PID Tuner, um Regler mit festen Sollwert-Gewichtungen der Typen, die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind, zu entwerfen. Weitere Informationen zu diesen Reglertypen finden Sie unter PID Controller Types for Tuning.

type-Eingabe für pidTunerEintrag in Menü TypeReglerverhalten
'I-PD'I-PD2-DOF-PID mit b = 0, c = 0
'I-PDF'I-PDF2-DOF-PIDF mit b = 0, c = 0
'ID-P'ID-P2-DOF-PID mit b = 0, c = 1
'IDF-P'IDF-P2-DOF-PIDF mit b = 0, c = 1
'PI-D'PI-D2-DOF-PID mit b = 1, c = 0
'PI-DF'PI-DF2-DOF-PIDF mit b = 1, c = 0

Typen zeitdiskreter Regler

Wenn sys ein zeitdiskretes Modell mit der Abtastzeit Ts ist, entwirft PID Tuner einen zeitdiskreten pid-Regler unter Verwendung der ForwardEuler-Formel für einen diskreten Integrator. Um einen Regler mit verschiedenen Formeln für einen diskreten Integrator zu entwerfen, verwenden Sie eine der folgenden Methoden:

  • Geben Sie einen zeitdiskreten Referenzregler Cbase im Befehl zum Starten von pidTuner an. PID Tuner entwirft einen Regler mit denselben Formeln für einen diskreten Integrator wie Cbase.

  • Klicken Sie nach dem Starten von PID Tuner auf Options, um das Dialogfeld Controller Options zu öffnen. Wählen Sie Formeln für einen diskreten Integrator in den Menüs Integral Formula und Derivative Formula aus.

Weitere Informationen zu Formeln für einen diskreten Integrator finden Sie auf den Referenzseiten zu pid, pid2, pidstd und pidstd2.

PID-Reglerform

Wenn Sie die Eingabe type für pidTuner verwenden, entwirft PID Tuner einen Regler in Parallelform. Um einen Regler in Standardform zu entwerfen, verwenden Sie eine der folgenden Methoden:

  • Geben Sie einen Standardform-Referenzregler Cbase im Befehl zum Starten von pidTuner an. PID Tuner entwirft einen Regler mit derselben Form wie Cbase.

  • Verwenden Sie das Menü Form, um nach dem Start von PID Tuner die Reglerform zu ändern.

Weitere Informationen zu Parallel- und Standard-Reglerformen finden Sie auf den Referenzseiten zu pid, pid2, pidstd und pidstd2.

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