Boost 变换器 PI参数设计举例

1年前浏览6147

简介

小编想给大家介一个用于simulink中调PI参数的工具，即PID Tuner。好多人问我PID参数都是咋调的，我还能咋调，我也是瞎调的呗。但哥这次要说的这个工具箱，有时候可能会对你调PI参数管点用，但貌似直接用在电力相关的模型中不太好使，But,whatever...

说明

使用PID Tuner可以对Simulink模型中的PID控制器，离散PID控制器，两自由度PID控制器，两自由度离散PID控制器进行调参，实现控制性能和健壮性的良好平衡。在使用PID Tuner的时候，它会自动做一些工作：

自动计算被控装置的线性模型。PID Tuner会将PID控制块输入和输出之间所有Simulink块的组合看作为一个被控装置，因此被控装置将会包括控制环中所有块体，不仅仅是控制器本身。
自动给出一个经过控制性能和鲁棒性（健壮性）平衡的初始PID控制设计。这个过程基于经过线性化的被控装置模型的开环频率响应特性。
提供交互性工具和响应曲线来帮助设计满足要求的PID控制系统。

模块使用

正常我们既可以通过matlab APP找到它的位置，也可以通过PID Controller模块直接使用。

工具箱位置

通过PID Controller模块打开工具箱

PID Tuner 的设计流程

为更加方便地说明该工具最常用的使用流程，本次以一个matlab自带的最简单的例子来进行举例说明。

（1）打开demo模型，在matlab 命令窗口输入 open_system('scdspeedctrlpidblock')

模型打开

（2）打开模型并运行当前默认PI参数下模型，如下，从仿真波形我们可以判定，PI参数可能还有进一步优化的空间。

整体模型

模型对应仿真结果

（3)双击点开PI模块，模块可设置参数如下图所示

PID模块属性设置界面

其中标出的数字：1可以设置调节器的类型；2可以选择调节器是连续还是离散模式；3可以设置PID两种不同的表达式（具体如下图所示）；4处可以对PID进行一些设置，比如初始值、复位条件、输出限幅等；5处为具体PID参数数值。

两种不同表示方式对应的数学公式

（4）调整PID参数，在已经打开的模块属性最下方，选择合适的调整校验方法，大部情况下选第一个基于传递函数的方法即可，然后点击后边的Tune按钮。

基于传递函数的设计方法

（5）弹出界面如下，根据需求通过下图中1位置添加对应的观测曲线，拖动2处调节按钮，参考下边plot曲线，调整合适的参数，通过3处显示或自动更新调整后的参数。

参数调整及曲线显示界面

（6）运行更新后的模型，并再次查看仿真结果通过改后的结果可以看出明显比改前的波形好。

更新后PI参数及仿真结果

本次主要通过matlab自带的一个demo演示PID模块参数的一个整定方法，个人觉得在某些模型上使用起来还是挺方便的，对模型调试有一定的帮助。

说明

PI或PID参数整定是一个经常困扰我们的问题，之前小编介绍过通过PID Tuner工具调整参数，另外我们还可以通过System Identification工具箱（MATLAB系统辨识工具箱 System Identification），将复杂系统等效成传递函数，再结合PID Tuner加速参数的设计。本次作者介绍通过PID Tuner的IO 数据来设计PID参数，因为很多模型，当我们通过PID controller点开设计工具时，界面是如下图所示的，我们无法通过拖动参数条来调节参数。

PID Tuner界面

针对上图所示的情况，我们应该如何调继续调整PI参数是一个问题。通过小编的研究，可通过I/O数据的方式进行调整，鉴于作者水平有限，请大家择优品鉴，随时交流。

应用举例

本次以一个相对比较简单的boost电路进行举例说明调节参数的方法及步骤。整体模型如下图所示，boost电路输入直流电压Vin=30V，电感L=0.1mH，电容C=100uf，负载为50Ω的纯电阻，开关频率10kHZ，控制采用直流电压控制，给定电压参考值开始为60V，0.5s后变为80V，采用PI控制器，在默认PI参数下，仿真结果见下图右侧。