PID 自動調整の機能

PID 自動調整を使用するには、Closed-Loop PID Autotuner または Open-Loop PID Autotuner のどちらかの PID 自動調整器ブロックを構成して展開します。

自動調整プロセス

PID 自動調整器ブロックは、周波数応答の推定実験を行うことによって機能します。ブロックはプラントにテスト信号を挿入し、推定した周波数応答に基づいて PID ゲインを調整します。

次の概略図は、一般に PID 自動調整器ブロックが制御システムにどのように適合するかを示します。

自動調整プロセスが開始するまでは、自動調整器ブロックが制御信号を u から u+Δu のプラント入力へ直接渡します。この状態では、モジュールはシステムの性能に影響しません。

自動調整プロセスが開始すると、プラント入出力データを収集してリアルタイムで周波数応答を推定するために、ブロックはテスト信号を u out に挿入します。

Open-Loop PID Autotuner ブロックを使用する場合、ブロックは推定実験の実行中に、u と u+Δu の間にフィードバックループを開きます。このブロックは u+Δu に周波数 [1/3, 1, 3, 10]ω_c での正弦波信号の重ね合わせを挿入します。ここで、ω_c は調整に指定したターゲット帯域幅です。積分でないプラントの場合、ブロックはステップ信号を挿入してプラントの DC ゲインを推定することもできます。すべてのテスト信号は、実験開始時における u での信号の値であるノミナルプラント入力に加えて挿入されます。
Closed-Loop PID Autotuner ブロックを使用する場合、プラントは実験中その現在のゲインで PID コントローラーによって制御されています。閉ループ調整は周波数 [1/10,1/3, 1, 3, 10]ω_c での正弦波テスト信号を使用します。

実験の終了時、ブロックは推定された周波数応答を使用して PID ゲインを計算します。調整アルゴリズムの目的は、指定された制御帯域幅と位相余裕を実現しながら、性能とロバスト性のバランスを取ることです。ブロックから PID コントローラーに調整ゲインを伝達するロジックを構成して、閉ループの性能をリアルタイムで検証することができます。

PID 自動調整のワークフロー

次の手順は PID 自動調整のワークフローの一般的な概要を示します。

概略図に示されるように、PID 自動調整器ブロックをシステムに組み込みます。
調整実験の開始と終了のタイミングを制御する start/stop の信号を構成します。この信号を使って PID 自動調整プロセスをいつでも開始できます。実験を停止すると、ブロックは調整された PID ゲインを返します。
コントローラーのタイプや調整のターゲット帯域幅などのコントローラーパラメーターを指定します。
周波数応答実験中に挿入される摂動の振幅などの実験パラメーターを構成します。
start/stop 信号を使用して自動調整プロセスを開始し、周波数応答の推定実験を完了するのに十分な時間にわたり実行を継続します。
自動調整プロセスを停止します。実験が停止すると、自動調整器が調整後の PID ゲインを計算して返します。
ブロックからの調整後のゲインを PID コントローラーに伝達します。その後、調整コントローラーの性能を Simulink^® またはリアルタイムで検証できます。

これらの各手順を実行する方法の詳細については、以下を参照してください。

参考

Closed-Loop PID Autotuner | Open-Loop PID Autotuner