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[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)

2017-08-11 14:07阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2039575172

原文地址：对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
原文作者：ParkerWu

在我的博文 PLC的PID控制器代码 中介绍了用于PLC的PID控制算法，既然代码出来了，那就要验证其正确性了，从本文开始，使用两篇文章介绍通过不同的方式对PID进行仿真，本来从《先进PID控制MATLAB仿真》这篇文章中，我们知道有三种仿真形式，但纯M代码的仿真会把PLC编写的PID代码部分打乱，为了尽量减少代码的改动，这里采用Simulink+M函数以及Simulink+S函数两种方式进行。
本文讲述使用M函数的形式。
1>输入参数的规划
t:考虑到M函数需要初始化，这里通过传递仿真时间给M函数，通过判断其t==0来初始化变量
SP:来自仿真系统给定的设定值
PV:来自仿真系统反馈的值
Flag:用于切换不同的输入函数波形
2>输出参数的规划
MV：这里只输出一个操作值
好了，M函数的编写很简单，直接上代码：
function [ MV ] = PID_PosExpMFun1( t,SP,PV,Flag)
persistent ek1; %上一次偏差
persistent integral; %积分量
persistent lastMV; %上一次的输出
persistent lastUd; %上一次的微分项值
per
sistent lastPV; %上一次的PV值
IsHSPID=0; %是否使用不完全微分
IsDSpeed=0; %是否使用变速积分(=1,使用)
IsDGama=0; %是否使用微分先行算法(=1,采用)
MVH=100; %输出上限
MVL=-100; %输出下限
Deadband=0.001; %死区
Ts=1; %采样周期
Tf=0.01; %不完全微分滤波系数(a=Tf/(Ts+Tf))
IUse=60; %积分分离法中确定偏差值在所属范围内启用积分项
IVar=60; %变积分控制参数
DGama=10000; %微分先行系数

switch Flag %选择调节参数,针对不同波形
case 1,
Kp=1.8; %比例系数
Ti=220; %积分实现
Td=50; %微分时间
case 2,
Kp=1.5;Ti=280;Td=50;

case 3,
Kp=1.5; %比例系数
Ti=220; %积分实现
Td=50; %微分时间
case 4,
Kp=1.5; %比例系数
Ti=220; %积分实现
Td=60; %微分时间
IsHSPID=1;
Tf=6;
end
if t==0 %初始化函数
ek1=0.0;
integral=0.0;
lastMV=0.0;
lastUd=0.0;
lastPV=0.0;
MV=0.0;
return;
end
ek=SP-PV; %当前偏差
if ek < -Deadband %死区
ek = ek + Deadband ;
elseif ek > Deadband
ek = ek - Deadband ;
else
ek = 0.0 ;
end
%计算比例项
pterm=Kp*ek;
%计算积分项
if abs(ek)
%抗积分饱和:当上一次的输出达到饱和后,且偏差朝反方向变化,则可累加积分
IsISum=(lastMVMVL+0.01)...
||(lastMV>=MVH-0.01 && ek<=0.0)...
||(lastMV<=MVL+0.01 && ek>=0.0);
if IsISum %抗积分饱和
if IsDSpeed %使用变速积分
integral=integral+Kp*Ts*ek*(1-abs(ek)/IVar)/Ti;
else
integral=integral+Kp*Ts*ek/Ti;
end
end
else
integral=0.0;
end
%微分项
if IsHSPID %使用不完全微分
dterm =(ek-ek1)*Kp*Td/(Ts+Tf)+Tf*lastUd/(Ts+Tf);
elseif IsDGama %采用微分先行算法
dterm=lastUd*DGama*Td/(DGama*Td+Ts)+PV*(Td+Ts)/(DGama*Td+Ts)...
-lastPV*Td/(DGama*Td+Ts);
else
dterm=(ek-ek1)*Kp*Td/Ts;
end
%计算输出值
MV=pterm+integral+dterm;
if MV>MVH %限幅
MV=MVH;
elseif MV MV=MVL;
end
ek1=ek; %记录上一次的偏差
lastMV=MV;%记录上一次的输出值
lastUd=dterm;%储存上一次的微分项值
lastPV=PV;%记录上一次的测量值
end
检查上述代码，大家应该看到，后半部分代码几乎与PLC中的PID代码一样(只是格式稍微有点区别而已),这样我们可以以最接近原PLC的方式进行模拟。
下面来搭建Simulink仿真平台，先上图：
[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
通过上图中的Constant模块可以切换不同的输入波形，Transport Delay设置为延时40秒，仿真参数设定如下：
[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
在示波器中设定Y轴上下限-200-200：
[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
最后设定一个正玄波的参数设置(其他波形的设置类似)
[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
通过上述的配置，可以看到仿真效果了：
[转载]对PLC的PID算法进行仿真1(Matlab)
问题说明：由上述代码我们可以发现，在M函数中，若要保持前一状态的结果，使用的是persistent关键字创建变量，它类似其他高级语言中的静态变量，可以保存变量结果，但它有一个缺点，那就是这种变量具有共享特性，当在同一个Simulink模型空间中多个位置对这个M函数进行调用时，由于静态变量的共享特性，不同位置的调用都会修改这些静态变量，从而导致不可预料的结果，虽然在一个空间中M函数被多次调用的场合不多，但也可能存在，此时要么再创建一个M函数的拷贝，换一个名称调用，或者使用S函数来实现，下一次博客会讲到S函数的仿真。

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