【电力电子在电力系统中的应用】1 具有输出限幅的离散系统的PID控制器

【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

1 PID控制器的设计与封装

1.1?搭建仿真电路

1.2 对PID控制器部分封装为subsystem模块

?1.3 创建Mask模块

2 PID控制器的参数选择

2.1?Kp参数的调节

2.2 Ki参数的调节

2.3 Kd参数的调节

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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：

1. 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；
2. 在Ki对应的Gain模块后串上一个Discrete-Time Integrator（离散时间积分）模块；
3. 在Kd对应的Gain模块后串上一个Discrete Derivative（离散系统微分）模块；
4. 用Add模块将比例、积分、微分三条线路进行加和；
5. 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：?