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PID 控制器

PID 控制器。

类型: PIDController

pid controller

PID 控制器

图书馆中的路径:

/Basic/Continuous/PID Controller

discrete pid controller

离散 PID 控制器

图书馆中的路径:

/Basic/Discrete/Discrete PID Controller

说明

PID 控制器 程序块实现了一个 PID 控制器（PID、PI、PD、仅 P 或仅 AND）。

程序块的输出是输入信号、输入信号积分和输入信号导数的加权和。求和权重由比例系数、积分系数和微分系数给出。一阶极滤波微分成分。

该模块支持多种调节器类型和结构。可选项

  • 调节器类型（PID、PI、PD、仅 P 或仅 I）。

  • 调节器形状（并联或理想）。

  • 时域（连续或离散）。

  • 初始条件。

当这些参数发生变化时，程序块的内部结构也随之改变：子系统的相应变体被激活。

控制配置

一般情况下，PID 控制单元在反馈控制回路中运行。

discrete pid controller 1

该装置的输入是误差信号，代表设定点与系统输出信号之间的差值。

港口

输入

# IN_1 — 输入信号
标量 | 向量 | 矩阵

Details

如下图所示，设定点与控制系统输出信号之间的差值：

discrete pid controller 1

数据类型

Float16，Float32，Float64，Int8，Int16，Int32，Int64，UInt8，UInt16，UInt32，UInt64，Bool
复数支持

无

输出

# OUT_1 — 调节器输出
标量

Details

控制器输出是输入信号、输入信号积分和输入信号导数的加权和。求和权重由比例系数、积分系数和微分系数给出。求和中涉及哪些和取决于参数 控制器 的值。

当输入为矢量信号时，控制器的输出为矢量信号。在这种情况下，程序块就像 独立的 PID 控制器，其中 是输入矢量中的信号个数。

数据类型

Float64`。
复数支持

无

参数

主

# 控制器 — 控制器类型
PID | PI | PD | P | I

Details

指定调节器的组成：

  • PID- 比例部分、积分部分和微分部分。

  • PI- 只有比例和积分部分。

  • PD- 仅比例和微分部分。

  • P- 只有比例部分。

  • I- 只计算积分部分。

值

PID | PI | PD | P | I
默认值

PID
程序使用名称

Controller
可调谐

无
可计算

无

# 时域 — 离散或连续时间控制器
离散时间 | 连续时间

Details

对于值 `离散时间`建议明确指定程序块的计算步骤。选择值时 `离散时间`还包括参数 积分器方法 和 滤波器方法 。

当程序块 PID 控制器 位于同步状态控制模型中时，不能选择 连续时间.

值

Discrete-time | Continuous-time
默认值

—
程序使用名称

TimeDomain
可调谐

无
可计算

无

# 取样时间 — 计算间隔
SampleTime (real number / vector of two real numbers)

Details

以非负数指定计算步骤之间的间隔。要继承一个计算步骤，请将此参数设置为 -1。

建议明确指定调节器计算步长，尤其是在后续区块的计算步长预计会发生变化的情况下。调节器系数 , , 和 的效果取决于计算步长。因此，对于一组给定的系数值，改变计算步骤会改变调节器的性能。

依赖关系

要使用该参数，请将 时域 设置为 离散时间.

默认值

-1
程序使用名称

SampleTime
可调谐

无
可计算

是

# 形式 — 调节器结构
并联 | 理想

Details

指定调节器结构是并联结构还是理想结构：

  • 并联- 调节器的输出代表比例、积分和微分部分的总和，分别由 、 和 独立加权。例如，对于并联形式的连续时间 PID 控制器，传递函数的形式为

    .

    对于离散时间的并行形式控制器，传递函数的形式为

    ,

    其中，参数 积分器方法 和 滤波器方法 分别定义了 和 。

  • 理想- 比例增益 作用于所有部分之和。例如，对于连续时间理想形式的 PID 控制器，传递函数的形式为

    对于离散时间的理想形式控制器，传递函数的形式为

    ,

    其中，参数 积分器方法 和 滤波器方法 分别定义了 和 。

值

Parallel | Ideal
默认值

Parallel
程序使用名称

Form
可调谐

无
可计算

无

控制器参数

# 比例 (P) — 比例系数
Real number

Details

按比例系数的有限实值。当 形式 ：

  • 并联- 比例作用与积分和导数作用无关时。例如，对于连续时间的并行 PID 控制器，传递函数的形式为

    .

    对于离散时间的并行形式控制器，传递函数的形式为

    ,

    其中，参数 积分器方法 和 滤波器方法 分别定义了 和 。

  • 理想- 比例系数 适用于所有部分的总和。例如，对于连续时间理想形式的 PID 控制器，传递函数的形式为

    .

    对于离散时间的理想形式控制器，传递函数的形式为

    ,

    其中，参数 积分器方法 和 滤波器方法 分别定义了 和 。

依赖关系

要使用该参数，请将 控制器 设置为 。 PID, PI, PD`或 `P.

默认值

1.0
程序使用名称

P
可调谐

无
可计算

是

# 整数 (I) — 积分因子
Real number

Details

积分系数的最终实数值。

依赖关系

要使用该参数，请将 控制器 设为 PID, PI`或 `I.

默认值

1.0
程序使用名称

I
可调谐

无
可计算

是

# 导数 (D) — 微分系数
Real number

Details

微分系数的有限实数值。

依赖关系

要使用该参数，请将 控制器 设置为 PID`或 `PD.

默认值

0
程序使用名称

D
可调谐

无
可计算

是

# 滤波系数 (N) — 导数的过滤系数
Real number

Details

滤波增益的有限实数值。滤波系数决定了块差分部分中滤波器极点的位置。滤波极点的位置取决于参数 时域 。

当 时域 设置为 连续时间`时，极点位置为 `s =−N。

当 时域 设置为 `离散时间`时，极点位置取决于参数 滤波器方法 。

默认值

100
程序使用名称

N
可调谐

无
可计算

是

# 使用滤波导数 — 滤取导数
Logical

Details

仅适用于时间离散的 PID 控制器：取消选中该复选框，将滤波导数替换为未滤波值。在这种情况下，控制器传递函数的微分项将变为

.

对于连续时间的 PID 控制器，导数部分总是经过滤波的。

依赖关系

要使用该参数，请将 时域 设置为 离散时间`并将 控制器 设置为 `PID`或 `PD.

默认值

true (已开启)
程序使用名称

UseFilter
可调谐

无
可计算

无

积分器和滤波方法

# 积分器方法 — 离散控制器中的积分方法
正向欧拉 | 后向欧拉 | 梯形

Details

在离散时间中，控制器传递函数的积分项等于 ，其中 取决于积分方法：

  • 正向欧拉- 直接矩形（左手）近似：

    .

    当奈奎斯特极限与控制器带宽相比较大时，这种方法最适合计算步长间隔较小的情况。对于较大的采样时间，该方法 `正向欧拉`会导致不稳定，即使在离散化系统在连续时间内是稳定的情况下也是如此。

  • 后向欧拉- 反矩形（右旋）近似：

    .

    该方法的优点是 `后向欧拉`的优势在于，使用这种方法对连续时间的稳定系统进行离散化处理，总能得到离散时间的稳定结果。

  • 梯形- 双线性近似法

    .

    该方法的优点是 `梯形`的优势在于，使用该方法对连续时间的稳定系统进行离散化处理，总能得到离散时间的稳定结果。在所有可用的积分方法中，该方法 `梯形`提供了离散化系统频域特性与相应连续时间系统特性之间最接近的对应关系。

依赖关系

要使用该参数，请将 时域 设置为 离散时间.

值

Forward Euler | Backward Euler | Trapezoidal
默认值

Forward Euler
程序使用名称

IntegratorMethod
可调谐

无
可计算

无

# 滤波器方法 — 离散控制器中导数的计算方法
前向欧拉 | 后向欧拉 | 梯形

Details

在离散时间中，控制器传递函数的微分项等于

,

其中 取决于积分方法：

  • 前向欧拉- 直接矩形（左手）近似法：

    .

    当奈奎斯特极限与控制器带宽相比较大时，这种方法最适合计算步长间隔较小的情况。对于较大的采样时间，该方法 `前向欧拉`会导致不稳定，即使在离散化系统在连续时间内是稳定的情况下也是如此。

  • 后向欧拉- 反矩形（右旋）近似：

    .

    该方法的优点是 `后向欧拉`的优势在于，使用这种方法对连续时间的稳定系统进行离散化处理，总能得到离散时间的稳定结果。

  • 梯形- 双线性近似法

    .

    该方法的优点是 `梯形`的优势在于，使用该方法离散连续时间的稳定系统，总能得到离散时间的稳定结果。在所有可用的积分方法中，该方法 `梯形`提供了离散化系统频域特性与相应连续时间系统特性之间最接近的对应关系。

依赖关系

要使用该参数，请将 时域 设置为 离散时间.

值

Forward Euler | Backward Euler | Trapezoidal
默认值

Forward Euler
程序使用名称

FilterMethod
可调谐

无
可计算

无

参数

# 微分器初始条件 — 导数的初始值
Real number

Details

导数的初始值。

依赖关系

要使用该参数，请将 时域 设置为 ，取消选中 ，并将 设置为 0。 离散时间，取消选中 使用滤波导数 ，并将 控制器 的值设置为 PID, PD.

默认值

0
程序使用名称

DifferentiatorICPrevScaledInput
可调谐

无
可计算

是

# 滤波器初始条件 — 初始滤波值
Real number

Details

过滤器的初始值。

依赖关系

要使用此参数，请将 时域 设置为 ，选择 复选框，并将 设置为 0。 离散时间，选择 使用滤波导数 复选框，并将 控制器 设置为 ，选择 复选框。 PID, PD. 或将 时域 设置为 连续时间, 并将 控制器 设置为 , , 并将 设置为 , 。 PID, PD.

默认值

0
程序使用名称

InitialConditionForFilter
可调谐

无
可计算

是

# 积分器初始条件 — 积分器初始值
Real number

Details

积分器的初始值。

依赖关系

要使用该参数，请将 控制器 设为 PID, PI`或 `I.

默认值

0
程序使用名称

InitialConditionForIntegrator
可调谐

无
可计算

是

实例