PID模型优化：系统辨识工具箱及PID Tuner使用详解
PID模型优化：系统辨识工具箱及PID Tuner使用详解
在工程控制领域，准确的系统模型和合适的PID参数是保证系统稳定运行的关键。本文将详细介绍如何使用MATLAB的系统辨识工具箱推算系统传递函数，以及如何利用PID Tuner快速优化PID控制器参数。此外，还将介绍如何将连续模型离散化，以便在实际硬件中实现控制算法。
传递函数推算
在实际的工程项目中，由于执行机构比较复杂，较难仅通过电路计算其数学模型并进一步进行仿真调试。这时就可以通过辨识建立数学模型来估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的模型，用当前可测量的系统的输入和输出预测系统输出的未来演变，以及设计控制器。在MATLAB中，可以通过系统辨识工具箱（System Identification Toolbox）来推算系统传递函数。下面将对如何使用该工具箱进行介绍。
打开方式
- 命令行方式：在命令行中输入”ident”
- APP界面选择：在APP界面中选择”System Identification”
界面介绍
基本操作
- 导入数据
在MATLAB中导入输入输出数据，如下图所示为MATLAB支持导入的数据类型：
导入后如下图所示：
- 将数据导入工具箱
在辨识工具箱的import选项中选择时域数据选项，如下图所示：
选择时域数据选项后，将弹出如下所示的界面：
在上图input及output选项中将MATLAB工作空间中的输入输出数据名称填入，”data name”处填写辨识输入区域数据名，开始时间选择0，时基选择1ms。都选择好后选择import将数据导入辨识输入区域，如下图所示：
- 输入数据预处理
对输入的信号进行处理，可选多份数据中的一份、合并数据、数据平滑化、滤波、采样等方法。
- 参数辨识
如下图所示，选择传递函数选项对系统传递函数的参数进行辨识。
选择传递函数选项后，会弹出如下界面对传递函数的形式进行选择。
之后点击”Estimate”进行参数辨识，辨识完成后，出现如下所示界面：
在如下界面中，点击tfx选项，即可查看传递函数
如下图所示为辨识出的系统传递函数，
如上图所示为选择两个极点一个零点时辨识出的传递函数，测试的输入输出数据由下图所示传递函数导出，对比可知，两传递函数相同。
针对上述情况，若保持默认值，即两个极点两个零点，则参数辨识结果如下：
将辨识出的传递函数表达式输出及原传递函数输出进行比较，输出重合，结果如下：
PID参数拟合
我们在使用PID控制器时，需要通过调节PID的各个参数，来使系统的输出曲线满足我们的实际要求。常用的几种PID参数调节方法需要通过多次的参数修改来调整系统的输出曲线，较为繁琐。Simulink提供了一种较为简易的PID参数调节方法，通过”PID tuner”工具来调整系统输出波形，输出该输出波形对应的PID参数。
打开方式
如下图所示为PID控制器参数界面：
单击”Tuner”按钮，将弹出”PID tuner”操作界面，如下图所示：
波形调整
通过调整下图所示的两个，可以调整输出波形：
如下图所示为调整完成后的输出波形：
参数输出
单击上图中的”Update Block”选项可以将调整后的参数同步到系统PID控制模型中，单击”Show Parameters”选项可以查看该输出波形对应的PID参数，如下图所示：
将调整后的参数同步到系统模型后，再对系统进行仿真测试，可得到如下所示的系统输出波形：
离散化仿真
我们建立的simulink模型大多数为连续的模型，而在实际使用时，需要将连续模型进行离散化，并将离散化的PID控制器以C代码的形式输出，其中simulink代码的导出与state flow代码的导出步骤相同。下面主要对连续模型的离散化步骤进行介绍。
首先，按照state flow中的方法设置函数解算及代码生成设置。然后按照下图所示选择模型离散化工具。
然后在下图模型离散化工具界面中设置合适的时基，之后点击”S->Z”将连续模型离散化，并进行仿真调试，离散模型的仿真调试与连续模型的仿真调试相同。
如下图所示为离散化后的PID控制模型：
参考
- https://blog.csdn.net/tzlaa/article/details/113575724?spm=1001.2101.3001.6650.2&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7EHighlightScore-2.queryctrv2&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7EHighlightScore-2.queryctrv2&utm_relevant_index=5
- 百度安全验证
- Simulink中连续模型的离散化_我陪你走的博客-CSDN博客_simulink离散化
- https://blog.csdn.net/weixin_39731456/article/details/112508107