【仅供参考】
【2023.02西南交大电力电子在电力系统中的应用】
目录
[0 仿真要求](#0 仿真要求)
[1 PID控制器的设计与封装](#1 PID控制器的设计与封装)
[1.1 搭建仿真电路](#1.1 搭建仿真电路)
[1.2 对PID控制器部分封装为subsystem模块](#1.2 对PID控制器部分封装为subsystem模块)
[1.3 创建Mask模块](#1.3 创建Mask模块)
[2 PID控制器的参数选择](#2 PID控制器的参数选择)
[2.1 Kp参数的调节](#2.1 Kp参数的调节)
[2.2 Ki参数的调节](#2.2 Ki参数的调节)
[2.3 Kd参数的调节](#2.3 Kd参数的调节)
0 仿真要求
1、针对极点0,-0.5的被控系统,设计具有输出限幅 的离散系统的PID控制器,并封装成参数可设置的模块,可设置Kp、Ki、Kd、输出限幅最大、最小值等参数。
2、验证PID在以下系统(替换Subsystem)的阶跃输出。
1 PID控制器的设计与封装
1.1 搭建仿真电路
其中:
- 将三个Gain模块的数值分别用参数Ki、Kp、Kd代替,便于后续封装成subsystem、创造Mask模块后,对模块属性进行设置;
- 在Ki对应的Gain模块后串上一个Discrete-Time Integrator(离散时间积分)模块;
- 在Kd对应的Gain模块后串上一个Discrete Derivative(离散系统微分)模块;
- 用Add模块将比例、积分、微分三条线路进行加和;
- 在Add模块后串联一个Saturation模块,对输出进行限幅;
将Saturation模块中Upper limit、Lower limit的数值分别用参数Max和Min代替,以便于后续创造Mask模块后,对模块属性进行设置。
1.2 对PID控制器部分封装为subsystem模块
得到下图所示电路:
1.3 创建Mask模块
对各参数进行编辑如下:
得到参数可设置的模块如下(可设置Kp、Ki、Kd、输出限幅最大、最小值等参数):
2 PID控制器的参数选择
2.1 Kp参数的调节
先将Ki、Kd清零,不进行限幅。如右图,当Kp选为0.05时(图中黄线所示),达到稳态时间偏长;Kp选为0.14时(图中蓝线所示),反应速度提升,但产生过冲。
2.2 Ki参数的调节
Ki在有外力作用和系统误差时用以消除偏差、提高精度。调大Ki也可增加响应速度,但同时也会产生过冲、过大会产生振荡。此处调节Ki参数效果不甚明显,故取一较小数值0.000001。
2.3 Kd参数的调节
Kd用以抑制过冲和振荡。Kd过小系统会产生过冲,过大则会减慢响应速度。如右图,当Kd选为0.01时(图中黄线所示),产生些许过冲;Kp选为0.14时(图中蓝线所示),差不多为预期所需。
综上所述,所得参数如图:
使用PID控制(黄线)和不使用PID控制(蓝线)时输出波形如图: