Как настроить пид регулятор

Регуляторы технологических процессов

как настроить пид регулятор



Регуляторы процесса (Process Controllers) – это параметрируемые цифровые контроллеры со встроенным набором стандартных функций для регулирования технологических переменных (температуры, давления и т.п.).

В качестве сигналов задания (Reference) могут использоваться как фиксированные уставки (Fixed Setpoints), так и внешние (External).

Аналоговые входы используются для подключения датчиков обратной связи (термометров сопротивления, термопар, манометров и т.п.).

Дискретные входы используются для задания фиксированных уставок и переключения между режимами.

Дискретные выходы используются для сигнализации: готовности, аварий, состояния.

Релейные выходы используются для дискретного управления, а аналоговые выходы – для непрерывного управления.

Дискретное управление

  • 2-х позиционный регулятор использует только 2 состояния:
    • включено (открыто)
    • выключено (закрыто)
    • Пример: управление нагреванием или охлаждением.

  • 3-х позиционный регулятор использует 3 состояния:
    • выключено
    • вращение по часовой стрелке
    • вращение против часовой стрелки (реверс)
    • Пример: управление реверсивным электродвигателем.

  • 5-и позиционный регулятор использует 5 состояний:
    • выключено
    • вращение на первой скорости по часовой стрелке
    • вращение на второй скорости по часовой стрелке
    • вращение на первой скорости против часовой стрелки
    • вращение на второй скорости против часовой стрелки
    • Пример: управление 2-скоростным реверсивным двигателем.

Непрерывное управление

Для непрерывного управления используются ПИД-регуляторы. Возможна реализация каскадного (подчинённого) управления.

Переходный процесс

Переходный процесс – это реакция системы на внешнее воздействие (задание, возмущение).

Устойчивый (сходящийся) переходный процесс

Колебательный Апериодический Монотонный

ПИД-регулятор

С помощью настройки ПИД-регулятора (PID-controller) мы можем скорректировать переходный процесс так, как нам нужно для решения своей задачи.

Хзад – заданное (желаемое) значение выходной переменной
Xmax – верхний допустимый предел выходной переменной
Xmin – нижний допустимый предел выходной переменной Т – период колебаний

Тн – время нарастания

Тр – время переходного процесса (последняя точка пересечения кривой с Xmin или Xmax)
А1 – первое перерегулирование
А2 – второе перерегулирование
d=А1/A2 — степень (декремент) затухания переходного процесса (отношение первого перерегулирования ко второму)

Рассогласование, перерегулирование, время нарастания, время переходного процесса, степень затухания характеризуют качество регулирования.

Пример

ПИД-регулятор открывает и закрывает регулирующий вентиль на горячей трубе так, чтобы из крана текла вода с температурой +40°С с погрешностью плюс-минус 2 градуса.

Регулятор вычисляет рассогласование (ошибку) — отклонение реальной температуры (например, +20°С) от заданного значения (+40°С) и решает – когда и насколько необходимо приоткрыть горячий вентиль, чтобы температура повысилась на 20С.

Реальную (фактическую) температуру регулятор узнаёт с помощью датчика температуры (обратная связь), а заданную температуру (уставку) ему сообщает оператор, например, набирая число «40» на своём ПК.

Чтобы настроить ПИД-регулятор, необходимо подобрать правильную комбинацию трёх коэффициентов:

  • Пропорционального – Kp
  • Интегрального – Ki
  • Дифференциального – Kd

Могут использоваться и более простые — П и ПИ-регуляторы.

Формула ПИД-регулятора

где e(t) — ошибка (рассогласование), u(t) — выходной сигнал регулятора (управляющее воздействие).

Чем больше Пропорциональный коэффициент, тем выше быстродействие, но меньше запас устойчивости. Но! простой П-регулятор не может полностью отработать рассогласование, т.е. всегда работает с ошибкой.

ПИ-регулятор позволяет избавиться от статической (установившейся) ошибки, но, чем больше Интегральный коэффициент, тем больше перерегулирование (динамическая ошибка).

ПИД-регулятор позволяет нам уменьшить перерегулирование, но, чем больше Дифференциальный коэффициент, тем больше погрешность из-за влияния шумов.

Если шумы идут по каналу обратной связи, то мы можем их отфильтровать с помощью фильтра низкой частоты, но чем больше постоянная этого фильтра, тем медленнее регулятор будет отрабатывать возмущения.

Настройка ПИД-регулятора по методу Циглера-Николса

Циглер и Николс предложили свой вариант быстрой настройки ПИД-регулятора для периодического переходного процесса, в котором затухание примерно равно 4.

  • Обнуляем Ki и Kd
  • Постепенно увеличиваем Kp до критического значения Kc, при котором возникают автоколебания
  • Измеряем период автоколебаний Т
  • Вычисляем значения Kp, Ki и Kd по разным формулам для разных регуляторов:
    • для П-регулятора: Kp=0,50*Kc
    • для ПИ-регулятора: Kp=0,45*Kc, Ki=1,2*Kp/T
    • для ПИД-регулятора: Kp=0,60*Kc, Ki=2,0*Kp/T, Kd=Kp*T/8

Продолжение примера

Теперь нам захотелось добавить комфорта и сделать так, чтобы уставка задания температуры воды менялась в зависимости от температуры воздуха на улице (на улице мороз – вода горячая, на улице жара – вода прохладная).

Можно установить ещё один регулятор комфортной температуры, который по показаниям термометра узнаёт фактическую температура наружного воздуха и решает, что комфортная температура воды должна быть, например, +40°С, поэтому он выдаёт задание регулятору температуры воды – поддерживать температуру на уровне +40С (см. пример выше).

Здесь мы имеем каскадное регулирование: контур регулирования температуры воды подчинён контуру регулирования комфортной температуры воды.

С помощью регуляторов процесса мы можем реализовать и более сложные связи. Например, поддерживать постоянный расход и температуру воды, независимо от давления и температуры горячего и холодного трубопроводов.

Упреждающее регулирование (Feedforward Control)

Не всегда простой ПИД-регулятор в системе с обратной связью может обеспечить требуемое быстродействие из-за возникновения нежелательных колебаний или недопустимо большого перерегулирования.

Для улучшения характеристик регулирования применяют комбинированное управление – с обратной связью (closed-loop) и без обратной связи (open-loop).

К управляющему воздействию (выходу регулятора) добавляется сигнал упреждающего воздействия, который не зависит от рассогласования, а значит, не может вызвать автоколебания в системе.

Pid регулятор для чайников

как настроить пид регулятор

Как следует из названия, в этой статье мы дадим точное представление о структуре и работе ПИД-контроллера. Однако сначала, давайте познакомимся с ПИД-контроллерами.

ПИД-регуляторы находятся в широком диапазоне применений для управления промышленными процессами. Приблизительно 95% операций с замкнутым контуром в промышленной автоматизации используют ПИД-регуляторы. PID обозначает Пропорционально-интегральная-диференциальная составляющая. Эти три контроллера объединены таким образом, что он создает управляющий сигнал.

В качестве контроллера обратной связи он обеспечивает выход управления на желаемых уровнях. ПИД-регулирование осуществлялось с помощью аналоговых электронных компонентов, перед изобретением микропроцессоров.

Но сегодня все ПИД-контроллеры обрабатываются микропроцессорами. ПрограммируемыеПрограммируемые логические контроллеры также имеют встроенные настройки ПИД-регулятора.

Благодаря гибкости и надежности ПИД-регуляторов, они традиционно используются в системах управления технологическим процессом.

Работа ПИД-регулятора

При использовании недорогого простого контроллера возможны только два состояния управления, например, полностью ВКЛ или полностью ВЫКЛ. Он используется для настроек с ограничением контроля, в котором эти два состояния управления достаточно для целей управления. Однако характер этого контроля ограничивает его использование и, следовательно, заменяется ПИД-контроллерами.

ПИД-регулятор поддерживает выход таким образом, что между переменной процесса и заданной точкой / желаемым выходом с помощью операций замкнутого контура имеется нулевая ошибка. ПИД использует три основных поведения управления, которые объясняются ниже.

П-контроллер:

Пропорциональный или П-регулятор дает выход, который пропорционален текущей ошибке e (t). Он сравнивает желаемую или заданную точку с фактическим значением или значением процесса обратной связи. Полученная ошибка умножается на пропорциональную константу, чтобы получить выход. Если значение ошибки равно нулю, то выход этого контроллера равен нулю.

Этот контроллер требует смещения или ручной сброс при использовании отдельно. Это происходит потому, что он никогда не достигает состояния устойчивого состояния. Он обеспечивает стабильную работу, но всегда поддерживает постоянную ошибку. Скорость реакции возрастает при увеличении пропорциональной константы Kр.

И-контроллер

Из-за ограничения П-контроллера, где всегда существует смещение между переменной процесса и заданным значением, необходим И-контроллер, который обеспечивает необходимые действия для устранения ошибки установившегося состояния. Он интегрирует ошибку в течение периода времени, пока значение ошибки не достигнет нуля. Он содержит значение для конечного устройства управления, при котором ошибка становится равной нулю.

Интегральное управление уменьшает его выход, когда происходит отрицательная ошибка. Он ограничивает скорость реакции и влияет на стабильность системы. Скорость реакции увеличивается за счет уменьшения интегрального усиления Ki.

На приведенном выше рисунке, когда коэффициент усиления И-контроллера уменьшается, ошибка установившегося режима также продолжает уменьшаться. В большинстве случаев контроллер ПИ используется, в частности, когда требуется высокая скорость ответа.

При использовании ПИ-регулятора выход И-контроллера ограничен некоторым диапазоном для преодоления интегральных условий, когда интегральный выход растет даже при нулевом состоянии ошибки из-за нелинейности на установке.

Д-контроллер

И-контроллер не может предсказать будущее поведение ошибки. Поэтому он реагирует нормально после изменения заданного значения. Д-контроллер преодолевает эту проблему, ожидая будущего поведения ошибки. Его выход зависит от скорости изменения погрешности за время, умноженное на постоянную производной. Это дает начало запуска для выхода, тем самым увеличивая системный отклик.

На приведенном выше рисунке ответ контроллера Д больше, по сравнению с контроллером ПИ, а также время установления выходного сигнала уменьшается. Это улучшает стабильность системы за счет компенсации фазового запаздывания, вызванного И-контроллером. Увеличение производного усиления увеличивает скорость реакции..

Итак, наконец, мы заметили, что, объединив эти три контроллера, мы получим желаемый ответ для системы. Различные производители разрабатывают различные алгоритмы ПИД.

Методы настройки ПИД-регулятора

Перед началом работы ПИД-регулятора он должен быть настроен на динамику контролируемого процесса.

Дизайнеры дают значения по умолчанию для параметров П, И, Д, и эти значения не могут дать желаемую производительность, а иногда приводят к нестабильности и медленным характеристикам управления.

Разработаны различные методы настройки для настройки ПИД-регуляторов и требуют от оператора большого внимания для выбора наилучших значений пропорциональных, интегральных и диференциальных коэффициентов. Некоторые из них приведены ниже.

Метод проб и ошибок: это простой способ настройки ПИД-регулятора. Пока система или контроллер работают, мы можем настроить контроллер. В этом методе сначала нужно установить значения Ki и Kd в нуль и увеличить пропорциональный коэффициент (Kp), пока система не достигнет колебательного поведения. Как только он осциллирует, отрегулируйте Ki (интегральный термин), чтобы колебания остановились и, наконец, отрегулировали Д, чтобы получить быстрый отклик.

Источник: https://vemiru.ru/info/pid-reguljator-dlja-chajnikov/

Как настроить ПИД-регулятор для гоночного робота?

как настроить пид регулятор

Что такое ПИД-регулятор? Как сделать расчет рассогласования и обратную связь для движущегося по линии робота? Как не перерегулировать? Рассказывает Вячеслав Нефедов (GoodLancer.com).

Абсолютное большинство современных роботов для гонок по линии высокого класса как основу алгоритма движения по линии используют ПИД-регулятор (он же ПИД-контроллер). В то же время для многих юных поклонников робогонок ПИД-регулятор остается сложным и малопонятным механизмом. Давайте попробуем вместе разобраться что такое ПИД-регулятор и как он работает.

Что такое «регулятор»?

Само понятие ПИД-регулятор пришло из теории автоматического управления. Кто читает по-английски, то там эта дисциплина называется control theory. Эта наука занимается исследованием систем автоматического управления, а такие системы мы встречаем на каждом шагу.

Автопилоты, системы наведения торпед и ракет, системы управления температурой в химическом производстве, регуляторы положения поглощающих стержней в атомном реакторе, система регулирования температуры в кондиционерах, поплавковый клапан в сливном бачке унитаза — это всё системы автоматического управления.

Общая схема системы автоматического управления нарисована ниже, а основными понятиями такой системы будут следующие:

  1. Объект управления — это то, чем управляет система. В случае гоночного робота это сам робот, а точнее, положение робота относительно линии;
  2. Уставка (цель, целевое значение) — это то условие, за соблюдением которого «смотрит» автомат. Для нашего случая целью является то, чтобы робот не отклонялся от линии;
  3. Рассогласование (ошибка, ошибка управления) — это отклонение текущего состояния от желаемого. В нашем случае это отклонение робота от линии;
  4. Датчики — то, чем мы определяем рассогласование. Для гоночного робота это обычно «линейка» — система из датчиков серого (пара светодиод/фототранзистор);
  5. Обратная связь — сигнал с датчиков, ориентируясь на который автомат принимает решение об управляющем воздействии;
  6. Регулятор. Ключевой элемент системы. Именно регулятор «принимает решение» о том что сделать, чтобы система вернулась к цели. В сливном бачке это механическая система, в случае гоночного робота это часть программы, реализующая ПИД-алгоритм;
  7. Управление (управляющее воздействие, корректировка) — это действия, которые принимает система, чтобы вернуться к цели. В нашем случае это изменение скорости моторов робота;
  8. Привод. Это та часть системы, которая реализует управляющее воздействие. В нашем случае это моторы.

Для демонстрации работы ПИД-контроллера дальше мы используем робота нашего клиента Марка из Казахстана.

Расчет рассогласования

Первый расчетный блок в этом перечне — расчет рассогласования. Как пример расчета согласования можно взять такой: считаем, что в нашей линейке датчиков каждый датчик даёт выходной сигнал, например, 200 на белом поле и 1000 на черной линии. В этом случае мы можем считать, что если датчик показывает больше, чем 600, то он находится над линией. Меньше или равно 600 — над белым полем.

Этот алгоритм для системы из восьми датчиков линии на Arduino будет выглядеть примерно так:

Источник: http://edurobots.ru/2019/01/pid/

Регуляторы

Регулятор — это устройство, которое управляет величиной контролируемого параметра. Регуляторы используются в системах автоматического регулирования. Они следят за отклонением контролируемого параметра от заданного значения и формируют управляющие сигналы для минимизации этого отклонения.

Как купить регулятор? Цены, оплата, доставка

Мы предлагаем регуляторы наиболее известных на российском рынке производителей ОВЕН и МЗТА. Перейдя по ссылкам ниже вы найдете модификации предлагаемых регуляторов, подробные описания и цены:

Минимальная цена на регулятор из предлагаемых на нашем сайте — всего 1700 рублей.

Как настроить ПИД регулятор?

Компания ИнСАТ предлагает курсы практической настройки регуляторов.

В рамках курса мы научим слушателей ставить задачу на настройку (наладку) систем автоматического регулирования,  формировать требования  к качеству регулирования, разберем структуру  и особенности систем автоматического регулирования, дадим методологию познания объекта регулирования и  системы регулирования, пройдем путь от начальных настроек до наилучших, дадим свой взгляд на особенности текущей эксплуатации.

Мы не преподаем Теорию Автоматического Управления. Мы даем методологию практической наладки

Регуляторы и системы автоматического регулирования

Для классификации регуляторов используется ряд параметров. Рассмотрим их детально.

Используемый закон регулирования (ПИД регулятор, ШИМ регулятор)

В системах автоматического регулирования чаще всего используются П, ПИ, ПИД и позиционный законы регулирования. Часто отдельно выделяют ШИМ регуляторы, но это ПДД регулятор, выход которого преобразуется в один или два дискретных сигнала с помощью широтноимпульсной модуляции. Кроме того, сейчас появляется все больше регуляторов, реализующих законы управления на базе нечеткой логики нечеткий регулятор.

Тип выходного сигнала управления ПИД регулятора в системах автоматического регулирования

Исполнительные механизмы систем автоматического регулирования могут иметь различные типы входных сигналов. Так, некоторые управляются унифицированным аналоговым сигналом 4-20 мА (0-10В), некоторые для регулирования используют 1 дискретный вход (например, регулятор температуры в печи), а некоторые — два дискретных входа (например, регулятор давления пара в аппарате управляет задвижкой: используются два сигнала — один на открытие, а другой на закрытие задвижки).

Соотетственно ирегуляторы могут иметь для управления либо аналоговый выходной сигнал, либо один или два дискретных сигнала для реализации ШИМ управления (ШИМ регулятор), либо дискретный выход реализующий фазоимпульсное управление мощностью.

Номенклатура приборов, которые мы предлагаем для создания систем автоматического регулирования, включает в себя регуляторы как с аналоговым выходом, так и с дискретными выходами, реализующими широтноимпульсноую модуляцию управляющего сигнала.

Наличие ретрансляционного выхода

Часто в системах автоматического регулирования величиной технологического параметра надо не только управлять, а так же ее надо регистрировать. Для этого многие регуляторы имеют дополнительный аналоговый выход. На него подается в заданном масштабе величина регулируемого параметра. Этот выход может быть заведен на вход регистрирующего прибора.

Дискретные выходы и возможность их программирования

При наличии аналогового управляющего сигнала регулятор может иметь один или два дискретных сигнала для реализации функций сигнализации, защиты или других. Так, например, ПИД регулятор температуры может формировать сигналы тревог при выходе регулируемого параметра за указанные границы.

Наличие программного задатчика (регулятор температуры)

Часто в системах автоматического регулирования циклических процессов требуется по определенной программе менять величину задания регулятора. Для этого используется программный задатчик.

Параметрами оценки таких регуляторов являются число шагов программы, максимальная и минимальная длинна шага программы, возможность плавного изменения задания на шаге.

Так например ПИД регулятор температуры и ПИД регулятор давления в системе автоматического регулирования установки выращивания кристаллов имеют сложные программы изменения их заданий.

Число входных сигналов системы регулирования, участвующих в формировании управляющего сигнала

Часто надо регулировать какой-либо параметр с коррекцией управляющего сигнала по величине другого параметра (например, регулятор расхода газа с коррекцией по температуре). Другим примером может быть реализация каскадного регулирования.

Тип регулируемого параметра

Существуют универсальные регуляторы — им на вход можно подать любой тип сигнала. С их помощью можно делать системы регулирования любых технологических параметров. Однако часто тип регулируемого параметра жестко ограничен: регулятор давления, регулятор температуры, регулятор уровня, регулятор расхода и т.п. Это связано с тем, что для измерения различных типов сигналов могут использоваться различные алгоритмы обработки.

Так регулятор температуры предполагает при получении сигналов от термопар компенсацию температуры холодных спаев и преобразование величины контролируемой термо ЭДС в значение температуры. В регуляторе расхода часто надо уточнить величину измеренного расхода по значению давления и температуры контролируемой среды. Поэтому, чтобы упростить программу, зашитую в регулятор, и удешевить изделие производители разделяют их по назначению.

Точность регулирования

По этому параметру можно выделить общепромышленные и прецизионные регуляторы. В качестве примера можно привести прецизионный регулятор температуры ПРОТЕРМ.

Наличие интерфейса связи с другим оборудованием

Современные системы регулирования обычно являются частью крупных систем управления. Чтобы интегрировать регуляторы с остальным оборудованием или реализовать удобный интерфейс пользователя на операторской станции они должен иметь интерфейс связи.

Самые простые регуляторы не имеют средств подключения. Наиболее распространенными интерфейсами для связи с верхним уровнем являются RS-232 и RS-485.

Многие производители реализуют свой протокол обмена с регуляторами, но наиболее распространенным, можно сказать стандартным, стала поддержка протокола MODBUS RTU.

Наличие и качество алгоритмов автонастройки параметров системы регулирования

Это очень важная функция для создания системы автоматического регулирования на объекта, чьи динамические характеристики заранее не известны или сильно меняются во времени.

Число обслуживаемых контуров регулирования

Наиболее распространены регуляторы на один контур. Но в настоящее время все больше появляется многоконтурных регуляторов. Такие регуляторы часто позволяют реализовать взаимосвязанное регулирование параметров.

Питание регуляторов

Важным параметром является необходимость использования внешнего источника питания на 24В постоянного тока и наличие встроенного питания  измерительных цепей.

КонтрАвт Регуляторы температуры / терморегуляторы рассчитаны на работу с термопарами и термосопротивлениями, а также с унифицированными сигналами тока и напряжения. Регуляторы — измерители температуры имеют высокую точность измерения (класс точности не ниже 0.1). Регуляторы температуры серии МЕТАКОН поддерживают интерфейс RS-485, поэтому они широко используются в качестве измерителей, сигнализаторов и регуляторов в распределенных SCADA-системах.

МЗТА

В данном разделе представлена продукция Московского завода тепловой автоматики (ОАО «МЗТА»). Наоболее популярными на рынке регуляторов являются следующие линейки продукции завода

  • МИНИТЕРМ 500, 450, 400, 300, У4, У2 — универсальные регуляторы широкого применения;
  • РС29 — многоканальные регуляторы для автоматизации котлов и других объектов теплоэнергетики;
  • ПРОТАР — программируемые многоканальные регуляторы;
  • ПРОТЕРМ — прецизионные регуляторы температуры

Источник: https://insat.ru/products/?category=886

Пид регулирование в частотных преобразователях. настройка

Для процессов системы требуется способность параметров к реагированию на внешнее действие и поддержание системных постоянных величин. Для примера, система насосов с клапанами отвода. Для каждого клапана поддержание потока в постоянном виде обеспечивает постоянное давление в трубах. Помпа в системе приводится в действие приводом, при открывании клапана скорость двигателя увеличивается и снижается при закрытии, чтобы поддерживать давление в трубах на одном уровне.

Настраивание ПИД-регулятора общего вида

Для такого поддержания давления существует прибор, который называется регулятором задания. Давление в трубах на датчике идет в сравнение с параметром заданного давления.

Регулятор сравнивает системное давление с давлением задания, определяет задачу скорости для двигателя для изменения ошибки. Простой вид регулятора применяет план действий ПИД-регулирования.

В нем применяются три составляющие типа регуляторов для удаления ошибки: дифференциальный, интегральный и пропорциональный регулятор.

Регулятор пропорционального типа

Такой регулятор – главный, скорость задается в прямой зависимости от ошибки. При применении пропорционального регулятора система будет иметь ошибку. Малые значения коэффициента регулятора пропорционального типа дают вялость системы, а высокие параметры к колебаниям и нестабильности системы.

Регулятор интегрального типа

Такой регулятор применяется для удаления ошибки. Скорость увеличится до удаления ошибки (снизится при негативной ошибке). Небольшие значения суммирующей составляющей слишком оказывают влияние на деятельность регулятора в общем. При установлении больших значений происходит промахивание системы, она функционирует с перерегулированием.

Регулятор дифференциального типа

Такой регулятор измеряет скорость корректировки ошибки, применяет для повышения системного быстродействия, увеличивает регуляторное быстродействие в общем. Во время увеличения быстродействия регулятора повышается перерегулирование. Это обуславливает к системной нестабильности. Во многих случаях составляющая дифференциальная становится равной нулю или близкой к наименьшему значению для того, чтобы предотвратить это состояние. Она бывает полезной в позиционирующей системе.

Работа регулятора в обратном и прямом действии

Множество регуляторов имеют принцип прямого действия. Повышение скорости двигателя приводит к повышению переменной величины процесса. Это случай в системе насосов, давление это величина переменная процесса. Повышение скорости двигателя обуславливает повышение давления.

Во многих системах повышение скорости двигателя обуславливает к снижению параметра переменной процесса. Температура вещества, которое обдувается вентиляционной системой теплообменника – процессная переменная величина: при повышении скорости вентиляционной системы температура вещества снижается.

В этом разе нужно применить регулятор действия обратного вида.

Настраивание ПИД-регулятора

Для моторной управляемости системы настраивание ПИД-регулятора бывает сложным процессом. Расскажем, какие шаги для настройки могут сделать проще эту процедуру.

  1. Определите значение дифференциальной и интегральной равной нулю. Определите наибольшую скорость и контролируйте системную реакцию.
  2. Повышайте составляющую прямопропорционально и выполните первый пункт. Продолжайте действия до момента начала процесса с автоматическими колебаниями возле точки определения скорости.
  3. Снижайте пропорциональную величину, пока система не стабилизируется. Волны колебаний начнут затухать.
  4. Определите пропорциональную величину около 15% меньше этого постоянного пункта.
  5. Определяйте наибольшую скорость прерывисто, повышайте суммирующую составляющую до начала уменьшения колебаний скорости перед стабильным состоянием системы. Снижайте суммирующую составляющую до достижения системой определенной скорости без ошибки и колебаний.
  6. Во многих системах настраивание составляющей дифференциального вида не нужно. Если нужно быстродействие системы больше, то можно достигнуть этого путем настройки составляющей дифференциального вида. Устанавливайте скорость по интервалам, повышайте составляющую дифференциального вида, пока не стабилизируется система с наименьшим временем действия (повышайте медленно, избегая состояния нестабильности). Система станет оптимальной при одном перерегулировании.
  7. Контролируйте стабильность системы, устанавливая значения скорости с интервалами и периодами для гарантированной стабильности системы при плохом исполнении задания.

1. Действия в программном меню

Управляющая панель частотного преобразователя А300 состоит из 3-уровневой структуры:

  1. Группы опциональных значений (1 уровень).
  2. Опциональные значения (2 уровень).
  3. Параметр опционального значения.

2. Настраивание характеристик электромотора и определение направления момента

Установить метод управления частотником в значении Р0-02:

  1. Р0-02=0 (настройка завода, пульт преобразователя).
  2. Р0-02=1 (входные команды внешнего управления D1-D7).

Установить характеристики номинального значения электромотора (применяйте параметры с таблички и паспорта электромотора):

  1. Мощность номинала Р1-01= установите значения.
  2. Напряжение номинала Р1-02= установите значения (по заводским настройкам 380 вольт).
  3. Ток номинала Р1-03= установите значения.
  4. Частота номинала Р1-04= установите значения (по заводским настройкам 50 герц).
  5. Обороты номинального значения Р1-05= установите значения.

После подсоединения и введения параметров нужно проконтролировать направление вращающего момента электромотора. После отключения меню программы на экране покажется 50 герц, клавишей «вниз» установите наименьшую частоту для задания направления вращающего момента. Для пуска мотора нажмите клавишу «пуск» (параметр Р0-02=0), определите направление момента вращения, затормозите мотор, нажав клавишу «стоп».

Если вращение не совпадает с направлением, то измените две любые фазы питания мотора (замену фаз производить при отключенном частотнике) или поменяйте параметр настройки Р0-09= (0-вперед, 1-назад). Еще раз проконтролируйте момент вращения, нажав клавишу «пуск», если направление момента вращения совпадает, то затормозите мотор, нажав клавишу «стоп». Нажмите клавишу «вверх» и возвратите настроенную частоту 50 герц.

3. Подсоединение датчика (выход на 20 миллиампер)

Переставить соединение «J1» в состояние «I».

4. Контроль обратной связи

  1. Подключите напряжение на частотный преобразователь, на экране возникнет подсветка 50 герц.
  2. Нажмите клавишу «сдвиг» 2 раза.
  3. На экране будет параметр обратной связи в интервале 0-10 (0-20 мА), зависит от настраиваемого параметра.

Связь обратного вида (4 мА).

  1. После подтверждения обратной связи нажмите три раза клавишу «сдвиг», появится на экране 50 герц.
  2. Установите наименьшее значение сигнала входа в величине Р4-13=2.00 (4 мА).

5.Как настраивать значение параметра ПИД-регулирования

  1. Установите источник основной частоты Р0-03=8 (частоту определяет ПИД-регулятор).
  2. Поставьте значение ПИД-регулятора в значение РА-01= результат поддерживаемой величины в процентах (от 0 до 100%) от интервала датчика, РА-01= (результат поддерживаемого параметра/интервал датчика)*100%.

Пример установки значения:

Подсоединен датчик давления на 16 бар с сигналом выхода от 4 до 20 мА. Для давления в 10 бар нужно установить значение

РА-01=(10/16)*100%=62,5%

Произведите тестовый пуск. Проверяйте поддерживаемое значение параметра по приборам, дублирующим измерения (ротаметр, термометр, манометр). Если система регулировки функционирует нестабильно или долгий отклик на замену проверяемого параметра, то применяйте настройки значений РА-05, -06, -07. Эти значения предназначены для точной настройки ПИД-регулятора.

Данные

  1. Механизм вентиляторного управления.
  2. Характеристика градуировочная датчика давления, интервал 1000-5000 Па, ток 4-20 мА.
  3. Значение давления 1500 Па.
  4. Мощность механизма и инерционные данные вентилятора отсутствуют.

Наружные подключения

Датчик обратной связи подсоединен к токовому входу аналогового типа, датчик значения уставки к входу аналогового типа напряжения.

Обратная связь

Датчик связи определен по токовому выходу, входом связи обратного вида применяется токовый вход. Задается РR.10-00=02 (обратная связь с минусом по входу, повышение частоты выхода, повышает давление).

Сигнал связи обратного вида в масштабе

Вход связи обратного вида не создает масштаб по усилению и смещению. Применяя параметр PR10-01 можно изменять значение сигнала связи обратного вида в расчетах.

Применение параметра PR10-01 для корректировки значения сигнала связи обратного типа.

Значением PR10-01 можно корректировать значение сигнала связи обратного вида, который применяется в вычислениях. Интервал пропорциональности 0-10, по настройкам завода 1.

Сигнал связи обратного вида повышается в 2 раза перед установкой в ПИД-регулятор. Это равно снижению интервала входа в 2 раза.

Сигнал связи обратного вида снижается в 2 раза перед установкой в регулятор, это эквивалентно увеличению интервала входа в 2 раза. Сейчас интервал ограничен значением датчика.

Пример установки значения параметра PR10-01 (масштаб усиления обратной связи).

Интервал действия датчика:

-1000Ра – 5000Ра.

Наибольшее давление функционирования: 2000Ра.

Применяемая часть интервала работы датчика (закрепленная): -1000Ра-2000Ра.

Это будет равно: 2000Ра –(-1000Ра)

5000Ра –(-1000Ра) = 50%

Если интервал действия не больше 2000Ра с датчиком, то величина параметра

PR10-01 = 1/50%=2

Формула вычисления параметра PR10-01

Наибольший сигнал датчика: MaxVal

Наименьший сигнал датчика: MinVal

Наибольший нужный сигнал связи обратного вида MaxVal

Величина значения ПИД (установленная частота)

Установленную частоту можно изменять операторами наклона и перемещения опции преобразования.

Направление момента вращения установки вентилятора не изменяется, лучше применять AVI вход с заданием значения PR 02-00=01.

PR10-01 (наибольшая частота)

Задать в PR01-00 величину наибольшей частоты механизма вентиляции (PR01-00 = 50 герц).

Наименьшая частота

Наименьшая частота не оказывает влияния на действие регулировки.

Наклон и перемещение опции преобразования

Задать PR04-00 AVI перемещение интервала.

PR04-01 AVI полярность.

PR04-02 AVI корректировка наклона.

Вращение производится в одну сторону, PR04-03 = 0 (по заводским настройкам).

Величина уставки

Для установки величины входа интервал частоты рассчитывается 0-100%.

Установка значения уставки

При функционировании вентилятора давлению в 1500 Ра равен сигнал датчика 10,67 мА. Величине уставки 1500 Ра равна частота выхода 42%*50 герц = 21 герц и 84%*50 герц = 42 герц.

Можно устанавливать значение в Ра. Если 100% интервала равно 2000 Ра, то при коэффициенте 00-05 = 2000/Fmax = 2000/50 = 40, установленная величина 1500 и задается 1500 Ра.

Интервал частоты выхода

Верхняя граница частоты выхода при регулировке определяется формулой:

Fmax=Pr01-00хPr10-07.

ПИД-регулирование

Ускорение – замедление.

При взаимодействии с регулированием ПИД нужно время ускорения и замедления устанавливать минимальным для качественной регулировки.

Настраивание регулятора:

  1. Задать величину I для легкого отклика, без перерегулировки.
  2. Значение параметра для вентилятора не нужно, из-за замедления процесса.
  3. Задать другие значения величин.

Советы по настраиванию:

  1. Повышение Р разгоняет процесс, снижает ошибки.
  2. При большом Р появляется неустойчивость процесса.
  3. Снижение величины I ускоряет процесс, делает нестабильным.
  4. Быстрота дает снижение Р и I.
  5. Замедление вентилятора определяет большего значения Р.
  6. Задайте время ускорения и замедления наименьшим.

настройка ПИД регулирование частотного преобразователя

Источник: http://chistotnik.ru/pid-regulirovanie-v-chastotnyx-preobrazovatelyax.html

Термоконтролеры с ПИД-регулятором

Термоконтроллеры с ПИД-регулятором разработаны для высокоточного регулирования температуры в автоматических системах управления промышленными процессами.

Модели термоконтроллеров с ПИД-регулятором и их характеристики

Температурные контроллеры с функцией ПИД-регулятора отличаются рядом характеристик:

  • возможностью подключения разнообразных вариантов датчиков температуры, включая отдельные типы термометров сопротивления, термопар и др.;
  • возможностью подключения дополнительных видов датчиков: давления, влажности, тока, расхода и т.д.;
  • наличием различных выходов управления;
  • методом настройки параметров и управления работой.

Контроллеры имеют различные модификации с определенным набором параметров, что позволяет подобрать наиболее подходящий вариант. Основные модели термоконтроллеров с общим описанием характеристик представлены в таблице:

Возможности применения температурных контроллеров с ПИД-регулированием

Широкий модельный ряд с различными рабочими характеристики позволяет практически неограниченно применять контроллеры температуры с ПИД-регулятором в промышленности. Устройства могут интегрироваться в автоматические системы управления, в том числе совместно с ПЛК и ПК.

Термоконтроллеры применяются для управления различными технологическими процессами, связанными с температурной обработкой в энергетике, металлургии, химической промышленности, пищевом производстве и многих других.

Возможность подключения различных термодатчиков позволяет контролировать как высокотемпературные процессы, так и отрицательные значения температур, что позволяет применять термоконтроллеры с ПИД-регулятором не только при производстве, но и для контроля перевозки и хранения продуктов и материалов, а также для контроля микроклимата зданий и помещений.

Термоконтроллеры с ПИД-регулятором: решаемые задачи

Температурные контроллеры с возможностью ПИД-регулирования могут решать несколько задач одновременно:

  • обеспечение обратной связи в системах контроля температуры,
  • индикация текущего уровня контролируемых параметров,
  • регулирование и поддержание температуры и других физических величин в автоматических системах,
  • одновременное управление нагреванием и охлаждением,
  • модульное исполнение для сбора информации от нескольких датчиков температуры и управления несколькими устройствами.

В отдельных моделях могут быть реализованы дополнительные возможности применения для расширения функционала.

Преимущества применения температурных контроллеров с ПИД-регулятором

Пропорционально-интегрально-дифференцирующее регулирование, используемое термоконтроллерами, позволяет более точно управлять уровнем температуры и задавать необходимое значение уставки. Различные варианты исполнения ПИД-регуляторов температуры могут иметь дополнительные преимущества:

  • большой выбор подключаемых датчиков температуры,
  • низкая погрешность работы,
  • наличие индикатора для отображения результатов измерения, значения уставки и рабочих состояний,
  • удобное программное обеспечение для настройки и управления,
  • несколько режимов регулирования, включая возможность автоматического управления работой,
  • различные управляющие выходы,
  • возможность монтажа в шкаф управления и на DIN-рейку и многие другие.

Возможные недостатки работы температурного контроллера с ПИД-регулятором

При использовании пропорционального режима работы ПИД-регулятора термоконтроллера необходимо учитывать появление статистической ошибки, что влияет на стабилизацию значения температуры. Влияние статистической ошибки на работу снижается при использовании других режимов ПИД-регулирования.

Ограничением в использовании отдельных моделей контроллеров температуры с ПИД-регулированием может стать несовместимость с отдельными видами термодатчиков и отсутствие необходимых выходов для подключения оборудования. Это необходимо учитывать при подборе конкретной модели контроллера для работы в конкретных условиях.

Принцип работы термоконтроллеров с ПИД-регулятором

Температурный контроллер с ПИД-регулятором формирует сигнал обратной связи для исполнительного оборудования на основе информации, поступающей от подключенного датчика температуры. Сигнал управления складывается из трех величин: пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей, рассчитываемых на основании входного сигнала.

  1. Пропорциональная величина показывает отклонение текущей величины контролируемой температуры от заданного значения уставки. Чем больше отклонение, тем больше выходной сигнал.
  2. Интегральная величина определяет интеграл изменения отклонения значений по времени.
  3. Дифференцирующая величина показывает скорость изменения отклонения.

Работа ПИД-регулятора в зависимости от термоконтроллера может происходить в разных режимах:

  • ПИД-регулирование, при котором управляющий сигнал складывается из суммы всех трех величин,
  • ПИ-регулирование – сумма пропорциональной и интегрирующей величин,
  • ПД-регулирование – сумма пропорциональной и дифференцирующей величин,
  • П-регулирование, при котором для формирования выходного сигнала рассчитывается только пропорциональная величина.

Регулирование может осуществляться в ручном или автоматическом режимах, а также по заданной программе, если это предусмотрено контроллером.

В качестве исполнительного оборудования используются нагреватель и охладитель, либо устройства для подачи горячего теплоносителя или хладоагента. Многоканальные термконтроллеры могут осуществлять одновременное управление нагревательными и охлаждающими процессами по двум и более выходным каналам управления.

Источник: https://rusautomation.ru/termometriya/termokontrolery-s-pid-regulyatorom

Настройка PID · Clever

Основная статья: https://docs.px4.io/v1.9.0/en/config_mc/pid_tuning_guide_multicopter.html.

В этой статье описаны методы и основные технологии настройки каскадного ПИД-регулятора. Приведенные советы и методики подходят для любых видов рам (Квадрокоптеров, Гексокоптеров, Октокоптеров и т.д.).

Усредненные рекомендованные настройки для комплектов Клевер приведены в статье «Первоначальная настройка».

Эта статья только для продвинутых пользователей. Плохая или неполная настройка ПИД регуляторов может привести к сильным поломкам вашего дрона.

Введение

В PX4 используются Пропорционально-Интегрально-Дифференцирующий (ПИД) регулятор, являющийся одним из самых распространенных методов управления.

Регулятор реализованный в PX4 является каскадным. Это подразумевает, что он состоит из нескольких элементов, которые по очереди (каскадно) передают свои значения элементам находящимся ниже. Соответственно регуляторы более высокого уровня передает свой результат регулятору более низкого уровня.

Регулятор самого низкого уровня, это регулятор угловых скоростей, далее регулятор положения и последние, регуляторы скорости и позиции. Настройка ПИД-регулятора должна выполняться в том же порядке, начиная с регулятора угловой скорости, поскольку это повлияет на все остальные уровни.

Шаги настройки

В случае, если у вас нет опыта настройки ПИД регуляторов, придерживайтесь представленных ниже особенностей настройки.

  • Все изменения значений регулятора должны быть постепенными, в противном случае могут появится сильные осцилляции и вы совершенно потеряете контроль над аппаратом. Увеличивайте значения регулятора не более чем на 25-30% от настоящего значения, уменьшайте на 5-10% до окончательной настройки.
  • Сажайте аппарат перед следующей итерацией смены коэффициентов. Перед следующим взлетом очень медленно увеличивайте стик газа для проверки аппарата на сильные осцилляции.

Регулятор угловых скоростей

Регулятор угловых скоростей является самым низкоуровневым в каскаде, он состоит из трех независимых ПИД-регуляторов, управляющих угловыми скоростями коптера по трем осям (крен, тангаж, рысканье).

  • Регулятор угловых скоростей по крену (MC_ROLLRATE_P, MC_ROLLRATE_I, MC_ROLLRATE_D)
  • Регулятор угловых скоростей по тангажу (MC_PITCHRATE_P, MC_PITCHRATE_I, MC_PITCHRATE_D)
  • Регулятор угловых скоростей по рысканью (MC_YAWRATE_P, MC_YAWRATE_I, MC_YAWRATE_D)

Источник: https://clever.coex.tech/ru/pid_tuning.html

Упрощение процесса настройки ПИД-регулятора

Настройка ПИД-регулятора на первый взгляд кажется простой операцией, ведь требуется определить значения всего трех коэффициентов усиления: пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих. Но на практике определение набора коэффициентов усиления, обеспечивающих наилучшую работу замкнутой системы, представляет собой сложную задачу.

Традиционно ПИД-регуляторы настраивают вручную или с помощью формализованных итеративных процедур. Ручные методы отнимают много времени, а если они применяются к реальному оборудованию, то возможно его повреждение. Формализованные итеративные процедуры не всегда совместимы с неустойчивыми объектами, объектами высокого порядка, а также с объектами с малой постоянной времени.

При работе с ПИД-регулятором также необходимо решать такие задачи проектирования, как дискретизация по времени и масштабирование для арифметики с фиксированной точкой.

Четырехзвенный шарнирный механизм: синтез системы управления

Четырехзвенный шарнирный механизм (рис. 1) имеет широкий спектр применения. Например, он используется в подвеске автомобилей, исполнительных механизмах роботов и шасси самолетов.
Система управления состоит из двух контуров: контура прямой связи и ПИД-регулятора в контуре управления обратной связи.

Регулятор управления прямой связи инвертирует динамику объекта — он обрабатывает основное движение механизма, учитывая нелинейные характеристики. ПИД-регулятор в контуре обратной связи минимизирует ошибки позиционирования с учетом погрешностей моделирования и внешних возмущений.

В этой статье основное внимание уделяется разработке ПИД-регулятора в контуре управления с обратной связью.

Рис. 1. Четырехзвенный шарнирный механизм (неподвижный нижний рычаг выделен синим цветом)

При наличии расхождения между желаемым и фактическим углом поворота одного из рычагов ПИД-регулятор получает сигнал ошибки и формирует корректирующее управление крутящим моментом (рис. 2).

Это корректирующее управление суммируется с заданием по крутящему моменту, формируемым регулятором прямой связи, и суммарный сигнал используется для управления электродвигателем постоянного тока, который вращает шарнир, соединяющий рычаги. Регулятор должен стабилизировать работу объекта. Он также должен обеспечить малое время отклика и небольшое перерегулирование.

Поскольку регулятор будет реализован в 16-разрядном процессоре для обработки данных в арифметике с фиксированной точкой, необходимо применять дискретизацию по времени, а коэффициенты усиления и рассчитываемые сигналы должны иметь соответствующие диапазоны значений.

Рис. 2. Архитектура регулятора четырехзвенного шарнирного механизма

Синтез замкнутой системы и настройка регулятора

Состоящая из четырех рычагов модель механизма моделируется в SimMechanics, а двигатель постоянного тока моделируется в SimElectronics. Для создания архитектуры регулятора, показанной на рис. 2, следует добавить блок ПИД-регулятора с дискретизацией по времени из библиотеки Simulink Discrete. Теперь, когда система управления с обратной связью создана, можно перейти к настройке регулятора.

Для этого требуется открыть диалоговое окно блока PID Controller («ПИД-регулятор»), указать период дискретизации и нажать кнопку Tune («Настройка»). Откроется окно PID Tuner (рис. 3).

Рис. 3. Окно настройки PID Tuner, открытое с помощью диалогового окна блока

Интерфейс настройки Simulink Control Design линеаризует объект в текущей рабочей точке и строит линейную модель объекта с постоянными параметрами (LTI), с которой взаимодействует блок ПИД-регулятора в замкнутом контуре управления.

Вычислительная задержка, связанная с дискретизацией сигнала, учитывается автоматически. Используя метод автоматической настройки, интерфейс Simulink Control Design вычисляет первоначальные коэффициенты усиления ПИД-регулятора.

Этот метод не накладывает никаких ограничений на порядок объекта или постоянную времени, причем он работает в областях как непрерывного, так и дискретного времени.

Рис. 4. Первоначальные параметры, рассчитанные PID Tuner

На рис. 4 показана реакция на ступенчатое воздействие в рабочей точке замкнутой системы с первоначальными коэффициентами ПИД-регулятора.

Если регулятор работает удовлетворительно, следует нажать кнопку Apply («Применить»), чтобы обновить значения коэффициентов усиления P, I, D и N в диалоговом окне блока PID Controller («ПИД-регулятор»).

Затем можно проверить работу системы, моделируя нелинейности и контролируя результаты (рис. 5). Также можно произвести настройку в интерактивном режиме с помощью ползунка, увеличивая или понижая быстродействие регулятора (рис. 4).

Рис. 5. Результаты моделирования модели четырехзвенного шарнирного механизма

Подготовка к реализации

Для подготовки к реализации в 16-разрядном микропроцессоре регулятор масштабируют для расчета в арифметике с фиксированной точкой, которая поддерживается процессором.

Источник: https://www.controlengrussia.com/programmnye-sredstva/uproshhenie-protsessa-nastrojki-pid-regulyatora/

Принцип работы ПИД-регулятора для начинающих

Назад в библиотеку

Как следует из названия, в этой статье мы дадим точное представление о структуре и работе ПИД-контроллера. Однако сначала, давайте познакомимся с ПИД-контроллерами.

ПИД-регуляторы находятся в широком диапазоне применений для управления промышленными процессами. Приблизительно 95% операций с замкнутым контуром в промышленной автоматизации используют ПИД-регуляторы. PID обозначает Пропорционально-интегральная-диференциальная составляющая. Эти три контроллера объединены таким образом, что он создает управляющий сигнал.

В качестве контроллера обратной связи он обеспечивает выход управления на желаемых уровнях. ПИД-регулирование осуществлялось с помощью аналоговых электронных компонентов, перед изобретением микропроцессоров.

Но сегодня все ПИД-контроллеры обрабатываются микропроцессорами. ПрограммируемыеПрограммируемые логические контроллеры также имеют встроенные настройки ПИД-регулятора.

Благодаря гибкости и надежности ПИД-регуляторов, они традиционно используются в системах управления технологическим процессом.

П-контроллер:

Пропорциональный или П-регулятор дает выход, который пропорционален текущей ошибке e (t). Он сравнивает желаемую или заданную точку с фактическим значением или значением процесса обратной связи. Полученная ошибка умножается на пропорциональную константу, чтобы получить выход. Если значение ошибки равно нулю, то выход этого контроллера равен нулю.

Этот контроллер требует смещения или ручной сброс при использовании отдельно. Это происходит потому, что он никогда не достигает состояния устойчивого состояния. Он обеспечивает стабильную работу, но всегда поддерживает постоянную ошибку. Скорость реакции возрастает при увеличении пропорциональной константы Kр.

Структура ПИД-регулятора

ПИД-регулятор состоит из трех членов, а именно пропорционального, интегрального и диференциального. Объединенная работа этих трех контроллеров дает стратегию управления процессом контроля. ПИД-регулятор управляет переменными процесса, такими как давление, скорость, температура, расход и т. д. В некоторых приложениях используются ПИД-регуляторы в каскадных схемах, где для достижения контроля используются два или более ПИД.

На приведенном выше рисунке показана структура ПИД-регулятора. Он состоит из блока PID, который дает свой вывод для обработки блока. Процесс / установка состоит из конечных устройств управления, таких как исполнительные механизмы, регулирующие клапаны и другие управляющие устройства для управления различными процессами промышленности / установки.

Сигнал обратной связи от технологической установки сравнивается с уставкой или сигналом u (t), и соответствующий сигнал ошибки e (t) подается на алгоритм ПИД-регулирования. Согласно пропорциональным, интегральным и диференциальным расчетам в алгоритме, контроллер производит комбинированный ответ или управляемый выход, который применяется к устройствам управления установкой.

Все управляющие приложения не нуждаются во всех трех элементах управления. Комбинации, такие как элементы управления PI и PD, очень часто используются в практических приложениях.

Источник: http://masters.donntu.org/2017/fkita/biryucheva/library/article1.htm

Практические советы по настройке ПИД-регулятора

В данной статье приведены основные принципы и правила настройки коэффициентов ПИД-регулятора сточки зрения практического применения. Теоретические основы можно прочитать вот в этой статье.

Для простоты изложения рассмотрим настройку регулятора на примере. Допустим, необходимо поддерживать температуру в помещении с помощью обогревателя, управляемого регулятором. Для измерения текущей температуры используем термопару.

Задача настройки

Настройка регулятора производится с одной единственной целью: подобрать его коэффициенты для данной задачи таким образом, чтобы регулятор поддерживал величину физического параметра на заданном уровне. В нашем примере физическая величина — это температура.

Допустим текущая температура в помещении 10 °С, а мы хотим, чтобы было 25°С. Мы включаем регулятор и он начинает управлять мощностью обогревателя таким образом, чтобы температура достигла требуемого уровня. Посмотрим как это может выглядеть.

На данном рисунке красным цветом показана идеальная кривая изменения температуры в помещении при работе регулятора. Физическая величина плавно, без скачков, но в тоже время достаточно быстро подходит к заданному значению.

Оптимальное время, за которое температура может достигнуть заданной отметки, определить довольно сложно. Оно зависит от многих параметров: размеров комнаты, мощности обогревателя и др.

В теории это время можно рассчитать, но на практике чаще всего это определяется экспериментально.

Чёрным цветом показан график изменения температуры в том случае, если коэффициенты подобраны совсем плохо. Система теряет устойчивость. Регулятор при этом идёт «в разнос» и температура «уходит» от заданного значения.

Рассмотрим более благоприятные случаи.

На этом рисунке показаны графики, далёкие от идеального. В первом случае наблюдается сильное перерегулирование:  температура слишком долго «скачет» относительно уставки, прежде чем достичь её. Во втором случае регулирование происходит плавно, но слишком медленно.

А вот и приемлемые кривые:

Данные кривые тоже не идеальны, но могут быть сочтены за удовлетворительные.

В процессе настройки регулятора, пользователю необходимо стремиться получить кривую, близкую к идеальной. Однако, в реальных условиях сделать это не так-то просто — приходится долго и мучительно подбирать коэффициенты. Поэтому зачастую останавливаются на «приемлемой» кривой регулирования.

Например, в нашем примере нас могли бы устроить коэффициенты регулятора, при которых заданная температура достигалась бы за 15-20 минут с максимальным перерегулированием (максимальными «скачками» температуры) 2 °С.

А вот время достижение уставки более часа и максимальные «скачки» температуры 5 °С — нас бы не устроили.

Далее поговорим о том, как подобрать коэффициенты для достижения оптимального регулирования. Рекомендуется настраивать коэффициенты в том же порядке, в котором это описано.

Настраиваем пропорциональный коэффициент

Выставляем дифференциальный и интегральный коэффициенты в ноль, тем самым убирая соответствующие составляющие. Пропорциональный коэффициент выставляем в 1.

Далее нужно задать значение уставки температуры отличное от текущей и посмотреть, как регулятор будет менять мощность обогревателя, чтобы достичь заданного значения. Характер изменения можно отследить «визуально», если у вас получится мысленно представить этот график. Либо можно регистрировать в таблицу измеренное значение температуры каждые 5-10 секунд и по полученным значением построить график. Затем нужно проанализировать полученную зависимость в соответствии с рисунком:

При большом перерегулировании, необходимо уменьшать пропорциональный коэффициент, а если регулятор долго достигает уставки — увеличивать. Так убавляя-прибавляя коэффициент необходимо получить график регулирования как можно ближе к идеальному. Поскольку достичь идеала удастся вряд ли, лучше оставить небольшое перерегулирование (его можно будет скорректировать другими коэффициентами), чем длительное нарастание графика.

Настраиваем дифференциальный коэффициент

Постепенно увеличивая дифференциальную составляющую, необходимо добиться уменьшения или полного исчезновения «скачков» графика (перерегулирования) перед выходом на уставку. При этом кривая должна стать еще больше похожа на идеальную. Если слишком сильно завысить дифференциальный коэффициент, температура при выходе на уставку будет расти не плавно, а скачками (как показано на рисунке).

При появлении таких скачков необходимо прекратить увеличение дифференциального коэффициента.

Настраиваем интегральный коэффициент

При настройке двух предыдущих коэффициентов можно получить практически идеальную кривую регулирования или близкую к ней кривую, удовлетворяющую условиям задачи. Однако, как правило возникает так называемая «статическая ошибка».

При этом в нашем примере температура стабилизируется не на заданном значении 25 °С, а на несколько меньшем значении. Дело в том, что если температура станет равной уставке (то есть разность текущей и заданной температур станет равна 0), то пропорциональная и дифференциальная составляющая будут равны нулю (см.

функцию преобразования ПИД-регулятора). При этом мощность регулятора тоже станет равна 0 и он начнёт остывать.

Для того чтобы исключить этот эффект, используют интегральную составляющую. Её необходимо постепенно увеличивать до исчезновение статической ошибки. Однако, чрезмерное её увеличение тоже может привести к возникновению скачков температуры.

Заключение

Настройка ПИД-регулятора довольно сложный и трудоёмкий процесс. На практике достаточно тяжело достичь оптимального регулирования и зачастую в этом нет необходимости. Чаще всего достаточно добиться такого  вида переходного процесса, который устроит пользователя в условиях текущей задачи.

Источник: http://lazysmart.ru/osnovy-avtomatiki/nastrojka-pid-regulyatora/

Законы регулирования: П, ПИ, ПИД

Руководствуясь таблицей 1 можно утверждать, что наибольшее быстродействие обеспечивает П-закон управления, — исходя из соотношения tp / Td.

Однако, если коэффициент усиления П-регулятора Кр мал (чаще всего это наблюдается в системах с запаздыванием), то такой регулятор не обеспечивает высокой точности регулирования, т.к. в этом случае велика величина статической ошибки.

Если Кр > 10, то П-регулятор приемлем, а если Если Кр < 10, то требуется введение в закон управления интегральной составляющей.

ПИ-закон регулирования

Наиболее распространенным на практике является ПИ-регулятор, который обладает следующими достоинствами:

  1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования.
  2. Достаточно прост в настройке, т.к. настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления Кр и постоянная времени интегрирования Ti. В таком регуляторе имеется возможность оптимизации величины отношения Кр/Ti—min, что обеспечивает управление с минимально возможной среднеквадратичной ошибкой регулирования.
  3. Малая чувствительность к шумам в канале измерения (в отличие от ПИД-регулятора).

ПИД-закон регулирования

Для наиболее ответственных контуров регулирования можно рекомендовать использование ПИД-регулятора, обеспечивающего наиболее высокое быстродействие в системе.

Однако следует учитывать, что это условие выполняется только при его оптимальных настройках (настраиваются три параметра).

С увеличением запаздывания в системе резко возрастают отрицательные фазовые сдвиги, что снижает эффект действия дифференциальной составляющей регулятора. Поэтому качество работы ПИД-регулятора для систем с большим запаздыванием становится сравнимо с качеством работы ПИ-регулятора.

Кроме этого, наличие шумов в канале измерения в системе с ПИД-регулятором приводит к значительным случайным колебаниям управляющего сигнала регулятора, что увеличивает дисперсию ошибки регулирования и износ исполнительного механизма.

Таким образом, ПИД-регулятор следует выбирать для систем регулирования, с относительно малым уровнем шумов и величиной запаздывания в объекте управления. Примерами таких систем является системы регулирования температуры.

ПИД регуляторы позволяют для объектов постоянной времени обьекта (инерционностью) Тис малым транспортным запаздыванием Td0,2T ПИД регулятор обладает плохим качеством регулирования. В этом случае хорошие качественные показатели обеспечивают системы управления с моделью объекта.

Следует иметь в виду, что при неточном задании коэффициентов настройки ПИД регулятор может иметь худшие показатели, чем двухпозиционный регулятор и даже перейти в режим автоколебаний. Для типовых П-, ПИ-, ПИД регуляторов известны простейшие аналитические и табличные методы настройки (например методики Циглера-Никольса).

Вопросы настройки П-, ПИ-, ПД-, ПИД-регуляторов расмотрены в разделе Методы настройки регуляторов.

Источник: https://automation-system.ru/main/18-regulyator/select-control-and-controler/31-414-zakony-regulirovaniya-p-pi-pid.html

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как из трехфазного двигателя сделать однофазный
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
220 вольт
На какой высоте вешать телевизор

Закрыть