П-, ПИ-, ПД-, ПИД – регуляторы
В данном разделе приведены описания алгоритмов работы и законы регулирования непрерывных П-, ПИ-, ПД-, ПИД-регуляторов с различными структурами выходного сигнала – аналоговым выходом, дискретным (импульсным) выходом или ШИМ-выходом (широтно импульсным модулированным сигналом).
Классификация систем автоматического регулирования (САР) приведена в таблице 1 в “Классификация систем автоматического регулирования”.
Типовые регуляторы и регулировочные характеристики
Для регулирования объектами управления, как правило, используют типовые регуляторы, названия которых соответствуют названиям типовых звеньев (описание типовых звеньев представлено в разделе 2.4):
- П-регулятор, пропорциональный регулятор
Передаточная функция П-регулятора: Wп(s) = K1. Принцип действия заключается в том, что регулятор вырабатывает управляющее воздействие на объект пропорционально величине ошибки (чем больше ошибка Е, тем больше управляющее воздействие Y).
- И-регулятор, интегрирующий регулятор
Передаточная функция И-регулятора: Wи(s) = К0/s. Управляющее воздействие пропорционально интегралу от ошибки. - Д-регулятор, дифференцирующий регулятор
ПередаточнаяфункцияД-регулятора: Wд(s) = К2*s. Д-регуляторгенерирует управляющее воздействие только при изменении регулируемой веричины: Y= K2 * dE/dt.На практике данные простейшие П, И, Д регуляторы комбинируются в регуляторы вида ПИ, ПД, ПИД (см. рис.1):
Рисунок 1 – Виды непрерывных регуляторов
В зависимости от выбранного вида регулятор может иметь пропорциональную характеристику (П), пропорционально-интегральную характеристику (ПИ), пропорционально-дифференциальную характеристику (ПД) или пропорционально-интегральную (изодромную) характеристику с воздействием по производной (ПИД-регулятор).
- ПИ-регулятор, пропорционально-интегральный регулятор (см. рис.3.18.а)
ПИ-регулятор представляет собой сочетание П- и И-регуляторов. Передаточная функция ПИ-регулятора: Wпи(s) = K1 + K0/s. - ПД-регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор (см. рис.3.18.б)
ПД-регулятор представляет собой сочетание П- и Д-регуляторов. Передаточная функция ПД-регулятора: Wпд(s) = K1 + K2 s. - ПИД-регулятор, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (см. рис.3.18.в)
Передаточная функция ПИ-регулятора: Wпи(s) = K1 + K0/s.ПИД-регулятор представляет собой сочетание П-, И- и Д-регуляторов. Передаточная функция ПИД-регулятора: Wпид(s) = K1 + K0 / s + K2 s.
Наиболее часто используется ПИД-регулятор, поскольку он сочетает в себе достоинства всех трех типовых регуляторов.
Структурные схемы непрерывных регуляторов
В данном разделе приведены структурные схемы непрерывных регуляторов с аналоговым выходом -рис.2, с импульсным выходом – рис.3 и с ШИМ (широтно импульсным модулированным) выходом -рис.4.
В процессе работы система автоматического регулирования АР (регулятор) сравнивает текущее значение измеряемого параметра Х, полученного от датчика Д, с заданным значением (заданием SP) и устраняет рассогласование регулирования E (B=SP-PV).
Внешние возмущающие воздействия Z также устраняются регулятором. Работа приведенных структурных схем отличается методом формирования выходного управляющего сигнала регулятора.
Непрерывный регулятор с аналоговым выходом
Структурная схема непрерывного регулятора с аналоговым выходом приведена на рис.2.
Выход Y регулятора АР (например, сигнал 0-20мА, 4-20мА, 0-5мА или 0-10В) воздействует через электропневматический преобразователь Е/Р сигналов (например, с выходным сигналом 20-100кПа) или электропневматический позиционный регулятор на исполнительный элемент К (регулирующий орган).
Рисунок 2 – Структурная схема регулятора с аналоговым выходом
где:
АР – непрерывный ПИД-регулятор с аналоговым выходом,
SP – узел формирования заданной точки,
PV=X- регулируемый технологический параметр,
Е – рассогласование регулятора,
Д – датчик,
НП – нормирующий преобразователь (в современных регуляторах является входным устройством)
Y – выходной аналоговый управляющий сигнал Е/Р – электропневматический преобразователь,
К – клапан регулирующий (регулирующий орган).
Непрерывный регулятор с импульсным выходом
Структурная схема непрерывного регулятора с импульсным выходом приведена на рис.3.
Выходные управляющие сигналы регулятора – сигналы Больше и Меньше (транзистор, реле, симистор) через контактные или бесконтактные управляющие устройства (П) воздействуют на исполнительный элемент К (регулирующий орган).
Рисунок 3 – Структурная схема регулятора с импульсным выходом
где:
АР – непрерывный ПИД-регулятор с импульсным выходом,
SP – узел формирования заданной точки,
PV=X- регулируемый технологический параметр,
Е – рассогласование регулятора,
Д – датчик,
НП – нормирующий преобразователь (в современных регуляторах является входным устройством) ИМП – импульсный ШИМ модулятор, преобразующий выходной сигнал Y в последовательность импульсов со скважностью, пропорциональной выходному сигналу: Q=\Y\/100. Сигналы Больше и Меньше – управляющие воздействия,
П – пускатель контактный или бесконтактный,
К – клапан регулирующий (регулирующий орган).
Непрерывный регулятор с ШИМ (широтно импульсным модулированным) выходом
Структурная схема непрерывного регулятора с ШИМ (широтно импульсным модулированным) выходом приведена на рис.4.
Выходной управляющий сигнал регулятора (транзистор, реле, симистор) через контактные или бесконтактные управляющие устройства (П) воздействуют на исполнительный элемент К (регулирующий орган).
Непрерывные регуляторы с ШИМ выходом широко применяются в системах регулирования температуры, где выходной управляющий симисторный элемент (или твердотельное реле, пускатель) воздействуют на термоэлектрический нагреватель ТЭН, или вентилятор.
Рисунок 4 – Структурная схема регулятора с ШИМ выходом
АР – непрерывный ПИД-регулятор с импульсным ШИМ выходом,
SP – узел формирования заданной точки,
PV=X- регулируемый технологический параметр,
Е – рассогласование регулятора,
Д – датчик,
НП – нормирующий преобразователь (в современных регуляторах является входным устройством) ШИМ – импульсный ШИМ модулятор, преобразующий выходной сигнал Y в последовательность импульсов со скважностью, пропорциональной выходному сигналу: Q=\Y\/100.
П – пускатель контактный или бесконтактный,
К – клапан регулирующий (регулирующий орган).
Согласование выходных устройств непрерывных регуляторов
Выходной сигнал регулятора должен быть согласован с исполнительным механизмом и исполнительным устройством.
В соответствии с видом привода и исполнительным механизмом необходимо использовать выходное устройство непрерывного регулятора соответствующего типа, см. таблицу 1.
Таблица 1 – Согласование выходных устройств непрерывных регуляторов
| Выходное устройство непрерывного регулятора | Тип выходного устройства | Закон регулирования | Исполнительный механизм или устройство | Вид привода | Регулирующий орган |
|---|---|---|---|---|---|
| Аналоговый выход | ЦАП с выходом 0-5мА, 0-20мА, 4-20мА, 0-10В | П-, ПИ-,ПД-, ПИД-закон | Преобразователи и позиционные регуляторы электро-пневматические и гидравлические | Пневматические исполнительные приводы (с сжатым воздухом в качестве вспомогательной энергии) и электропневматические преобразователи сигналов или электропневматические позиционные регуляторы, электрические (частотные привода) | |
| Импульсный выход | Транзистор, реле, симистор | П-, ПИ-, ПД-, ПИД-закон | Контактные (реле) и бесконтактные (симисторные) пускатели | Электрические приводы (с редуктором), в т. ч. реверсивные | |
| ШИМ выход | Транзистор, реле, симистор | П-, ПИ-, ПД-, ПИД-закон | Контактные (реле) и бесконтактные (симисторные) пускатели | Термоэлектрический нагреватель(ТЭН) и др. |
Реакция регулятора на единичное ступенчатое воздействие
Одной из динамических характеристик обьекта управления является его переходная характеристика -реакция обьекта на единичное ступенчатое воздействие (см. Динамические характеристики), например, изменение заданной точки регулятора.
В данном разделе приведены переходные процессы системы управления при единичном ступенчатом изменении заданной точки при использовании регуляторов с различным законом регулирования.
Если на вход регулятора подается скачкообразная функция изменения заданной точки – см. рис. 5, то на выходе регулятора возникает реакция на единичное ступенчатое воздействие в соответствии с характеристикой регулятора в функции времени.
Рисунок 5 – Единичное ступенчатое воздействие скачкообразная функция изменения заданной точки регулятора
П-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие
Параметрами П-регулятора являются коэффициент усиления Кр и рабочая точка Y0. Рабочая точка Y0 определяется как значение выходного сигнала, при котором рассогласование регулируемой величины равно нулю. При влиянии возмущающих воздействий возникает, в зависимости от Y0, отклонение регулирования.
Рисунок 6 – П-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие
ПИ-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие
В отличие от П-регулятора у ПИ-регулятора, благодаря интегральной составляющей, исключается отклонение регулирования.
Параметром интегральной составляющей является время интегрирования Ти.
Рисунок 7 – ПИ-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие
ПД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие
У ПД-регуляторов пропорциональная составляющая накладывается на затухающую дифференциальную составляющую.
Д-составляющая определяется через усиление упреждения Уд и время дифференцирования Тд.
Рисунок 8 – ПД-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие
ПИД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие
Б лагодаря дополнительному подключению Д-составляющей ПИД-регулятор достигает улучшения динамического качества регулирования.
См. ПИ-регулятор, ПД-регулятор.
Рисунок 9 – ПИД-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие
ПИД-регуляторы в наличии и по низким ценам в Ростове, Краснодаре, Сочи, Туапсе, Ставрополе и Юге РФ
ПИД-регулятор
Назначение ПИД-регуляторов
ПИД регуляторы предназначены для автоматизации различных процессов на производстве, в сельском хозяйстве, коммунальной сфере. Широкое применение регуляторы ТИП принципа получили в различных по назначению и конструкции системах автоматического управления рабочими параметрами оборудования, что в свою очередь позволяет легко и просто обеспечить формирование сигнала.
Конечной целью является получение высокой точности данных, а также уровень качества самого переходного процесса. Регулирование осуществляется по ПИД правилам.Классификация ПИД-регуляторов
По принципу регулирования ПИД регуляторы делятся на:
- ПИД-регуляторы электронные;
- ПИД-регуляторы пошаговые.
Описание электронных ПИД-регуляторов
Электронные ПИД-регуляторы предназначены для: измерения температуры или другой физической величины (веса, давления, влажности и т. п.), импульсного или аналогового управления нагрузкой по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону, а также для формирования дополнительного сигнала, который может быть использован для сигнализации о выходе параметра за установленные границы или для двухпозиционного регулирования; для управления объектами, обладающими повышенной инерционностью, где обычное регулирование не обеспечивает необходимую точность.
пОписание шаговых ПИД-регуляторов
Шаговые ПИД-регуляторы предназначены для: измерения температуры или другой физической величины (веса, давления, влажности и т. п.), импульсного или аналогового управления нагрузкой по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону, а также для формирования дополнительного сигнала, который может быть использован для сигнализации о выходе параметра за установленные границы или для двухпозиционного регулирования. Современные пошаговые ПИД регуляторы могут использоваться для решения большого круга задач.
Пошаговые ПИД регуляторы предназначены для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, в инкубаторах, термо- и климатокамерах, варочных и сушильных шкафах, при сушке древесины, изготовлении железобетонных конструкций и пр. Пошаговые ПИД регуляторы могут работать в режиме регулирования температуры
Принцип ПИД-регулирования
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор — устройство в цепи обратной связи, используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала.
ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально (Кп) входному сигналу, второе — интеграл (Ки/s) входного сигнала, третье — производная или дифференциальное звено (Кдs) входного сигнала. Известно что ПИД-регулятор характеризуется тремя коэффициентами Kп, Kи и Кд. Для расчета этих коэффициентов необходимо знать параметры объекта управления.Пропорциональное звено производит умножение сигнала ошибки e на коэффициент Kп и формирует выходной сигнал yп.
Интегральное звено производит интегрирование сигнала e(t) по времени, умножает на коэффициент Kи и формирует выходной сигнал yи.
Дифференциальное звено производит дифференцирование сигнала ошибки по времени e(t), умножения результата на число Kд и формирование выходного сигнала yд.
Если какие-то из составляющих не используются, то регулятор называют пропорционально-интегральным, пропорционально — дифференциальным, пропорциональным и т. п.
Купить ПИД-регуляторы температуры, давления и других величин по выгодной цене
Купить по низкой цене ПИД-регуляторы в Ростове-на-Дону, Ростовской области, в Краснодаре и Краснодарском Крае, Ставрополе и Ставропольском Крае, Волгограде и Волгоградской области, в городах: Грозный, Нальчик, Владикавказ, Махачкала и других городах Юга России можно в нашей компании.
Все покупатели могут получить бонусы и подарки!
Доставка ПИД-регуляторов в города Юга России
Мы доставим регуляторы ПИД температуры, давления и других величин в течении одного – двух дней в города: Ростов, Таганрог, Новочеркасск, Азов, Шахты, Волгоград, Элиста, Астрахань, Ставрополь, Невинномысск, Минеральные Воды, Волгодонск, Сальск, Краснодар, Тихорецк, Тимашевск, Сочи, Новороссийск, Анапа, Туапсе, Геленджик, Ейск, Майкоп, Армавир, Кисловодск, Пятигорск, Железноводск, Черкесск, Нальчик, Владикавказ, Грозный, Махачкала.
Техническая документация и гарантии на ПИД-регуляторы
На все виды ПИД-регуляторов температуры, давления и других величин наша компания представляет полный пакет сопроводительных документов и технической документации. Все приборы имеют длительный срок эксплуатации и обеспечиваются заводской гарантией и сервисным обслуживанием. Инженеры нашей компании готовы предоставить самую подробную информацию о ПИД регуляторах и способах их установки.
ТРМ101 ПИД-регулятор с универсальным входом в корпусе 48×48 мм
ПИД-регулятор температуры, давления или других физических величин в различных технологических процессах ОВЕН ТРМ101 предназначен для точного поддержания заданных параметров. Используется в составе сложного технологического оборудования: экструдеров, термопластавтоматов, печей, упаковочного, полиграфического, вакуум-формовочного оборудования и т. п.
Класс точности регулятора 0,5.
ПИД-регулятор температуры, давления и др. выпускается в щитовом корпусе типа Щ5, степень защиты IP54 со стороны передней панели.
Функциональные возможности ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ101
- Универсальный вход для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности и др.
- ПИД-регулирование измеренной величины с использованием «нагревателя» или «холодильника»
- Автонастройка ПИД-регулятора по современному эффективному алгоритму
- Дистанционный пуск и остановка ПИД-регулятора с помощью внешнего устройства, подключенного к дополнительному входу 2
- Сигнализация о возникновении аварийной ситуации двух типов:
- о выходе регулируемой величины за заданные пределы
- об обрыве в цепи регулирования (LBA)
- Регулирование мощности (например, для управления инфракрасной лампой) совместно с прибором ОВЕН БУСТ при использовании токового выхода 4. ..20 мА
- Бесконтактное управление нагрузкой через внешнее твердотельное реле
- Встроенный интерфейс RS-485 (протокол ОВЕН)
- Конфигурирование ПИД-регулятора температуры, давления и др. величин осуществляется на ПК или с передней панели прибора
- Уровни защиты параметров для разных групп специалистов
- Два выхода в любых комбинациях: электромагнитное реле, оптосимистор, оптотранзистор, «токовая петля» 4…20 мА, унифицированное напряжение 0..10 В, специализированный выход для подключения твердотельного реле
..20 мА
|
|
..КА5004Ех барьеры искрозащиты, сигналы термопар, термометров сопротивления и потенциометров, сигнализация, USB, RS-485…КА5011Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5022Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5013Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приемники-разветвители 1 в 2 аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART, шина питания …КА5031Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5032Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные, HART …КА5131Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 1-канальные, HART …КА5132Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), передатчики аналогового сигнала (4…20) мА, 2-канальные…КА5241Ех барьеры искрозащиты (барьеры искробезопасности), приёмники дискретных сигналов, 1-канальные.
..MDS AI-3RTD Модули ввода сигналов термосопротивлений и потенциометров…MDS AO-2UI Модули вывода сигналов тока и напряжения…MDS DIO-16BD Модули ввода-вывода дискретных сигналов…MDS DIO-4/4 Модули ввода-вывода дискретных сигналов …MDS DIO-12h4/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DIO-8H/4RA Модули ввода-вывода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DI-8H Модули ввода дискретных сигналов высоковольтные…MDS DO-8RС Модули вывода дискретных сигналов …MDS DO-16RA4 Модули вывода дискретных сигналов …MDS IC-USB/485 преобразователь интерфейсов USB и RS-485…MDS IC-232/485 преобразователь интерфейсов RS-232 и RS-485…I-7561 конвертер USB в RS-232/422/485…I-7510 повторитель интерфейса RS-485/RS-485…I-7520 преобразователь интерфейса RS-485/RS-232Измерители-регуляторы технологические…МЕТАКОН-6305 многофункциональный ПИД-регулятор с таймером выдержки…МЕТАКОН-4525 многоканальный ПИД-регулятор…МЕТАКОН-1005 измеритель технологических параметров, щитовой монтаж, RS-485.
..PSL низковольтные DC/DC–преобразователи на DIN-рейку 3 и 10 Вт…PSM-4/3-24 многоканальный блок питания 24 В (4 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM-2/3-24 блок питания 24 В (2 канала по 0,125 А, 3 Вт)…PSM/4R-36-24 блок питания и реле, 24 В (1,5 А, 36 Вт)…БП-24/12-0,5 блок питания 24В/12В (0,5А)…ФС-220 фильтр сетевой…БПР блок питания и реле…БКР блок коммутации реверсивный (пускатель бесконтактный реверсивный)…БР4 блок реле…PS3400.1 блок питания 24 В (40 А) …PS3200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS3100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS3050.1 блок питания 24 В (5 А)…PS1200.1 блок питания 24 В (20 А)…PS1100.1 блок питания 24 В (10 А)…PS1050.1 блок питания 24 В (5 А)Программное обеспечение…SetMaker конфигуратор…… История версий…MDS Utility конфигуратор…RNet программное обеспечение…OPC-сервер для регулятров МЕТАКОН…OPC-сервер для MDS-модулей
В данной статье мы расскажем об использовании ПИД-регуляторов и их настройке для улучшения качества управления и измерения параметров технологических процессов.
Это означает, что ПИД-регулятор перед началом работы необходимо настроить.регулятор – это… Что такое ПИД-регулятор?
Схема, иллюстрирующая принцип работы ПИД-регулятора. Коэффициенты перед интегралом и производной опущены для большей наглядности иллюстрации.Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью.
Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье — производная сигнала рассогласования.
Если какие-то из составляющих не используются, то регулятор называют пропорционально-интегральным, пропорционально-дифференциальным, пропорциональным и т. п.
Общие сведения
Пропорциональная составляющая
Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной равен нулю.
Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал (мощность нагревателя) постепенно уменьшается при приближении температуры к заданной, и система стабилизируется при мощности равной тепловым потерям. Температура не может достичь заданного значения, так как в этом случае мощность нагревателя станет равна нулю, и он начнёт остывать.
Чем больше коэффициент пропорциональности между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления, при наличии задержек в системе, могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.
Интегральная составляющая
Интегральная составляющая пропорциональна интегралу от отклонения регулируемой величины. Её используют для устранения статической ошибки. Она позволяет регулятору со временем учесть статическую ошибку.
Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая. Тем не менее, интегральная составляющая также может приводить к автоколебаниям.
Дифференциальная составляющая
Дифференциальная составляющая пропорциональна темпу изменения отклонения регулируемой величины и предназначена для противодействия отклонениям от целевого значения, которые прогнозируются в будущем. Отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему.
Теория
Назначение ПИД-регулятора — в поддержании заданного значения x0 некоторой величины x с помощью изменения другой величины u.
Значение x0 называется заданным значением, а разность e = (x0 − x) — невязкой, рассогласованием или отклонением величины от заданной.
Выходной сигнал регулятора u определяется тремя слагаемыми:
- ,
где Кp, Кi, Кd — коэффициенты усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих регулятора, соответственно.
Большинство методов настройки ПИД-регуляторов используют несколько иную формулу для выходного сигнала, в которой на пропорциональный коэффициент усиления умножены также интегральная и дифференциальная составляющие:
В дискретной реализации метода расчета выходного сигнала уравнение принимает следующую форму:
- ,
где — время дискретизации. Используя замену можно записать:
В программной реализации для оптимизации расчетов переходят к рекуррентной формуле:
Система управляет величиной y(t), т.е. выводит величину y(t) на заданное извне значение u(t). На вход ПИД-регулятора подаётся ошибка e(t), выход ПИД-регулятора является управляющим воздействием для некоторого процесса (для объекта управления), управляющего величиной y(t).Часто в качестве параметров ПИД-регулятора используются:
- относительный диапазон
- постоянные интегрирования и дифференцирования, имеющие размерность времени
Следует учитывать, что термины используются по-разному в различных источниках и разными производителями регуляторов.
Ссылки
Одно- и многоканальные ПИД регуляторы
Применяются для точного поддержания температуры в инерционных технологических процессах.
Выпускаются одно-, двух- и четырехканальные модели.
Функции:
- Применяются для точного поддержания температуры в инерционных технологических процессах
- Регулирование по двухпозиционному закону регулирования
- Регулирование по П, ПИ и ПИД закону с функцией автонастройки “без перерегулирования”
- ШИМ управление электроприводами клапанов, заслонок и т.п. (управление типа “больше-меньше”)
- ШИМ управление нагревательнымиохладительными устройствами
- Аналоговое управление инвертерами электродвигателей и электроприводами клапанов, заслонок, задвижек и т.п.
- Различные типы входов:
- УН (все типы термопреобразователей сопротивления и термопар)
- АТ (аналоговый ток 0…20, 4…20, 0…5 мА), АН (аналоговое напряжение 0…1, 0…10, 2…10 В)
- Классы точности от 0,2 до 0,5 в зависимости от типа входа и корпуса модели
- Период опроса от 0,2 с на канал
- Масштабирование входной величины
- Компенсация погрешности датчиков
- Фильтрация помех и нестабильности показаний
- Доступ к настройкам регулятора по паролям
- Установка полярности выхода, режимы “охладитель” и “нагреватель”
- Различные типы выходов:
- Ключевые: ИВ (12В 20мА DC, кроме к. Д), ИВ (24В 200мА DC, только в к.Д) ОС (оптосимистор 220В 50мА АС), открытый коллектор (40В 30 мА DC)
- Аналоговые: АВ (ток 4…20, 0…20, 0…5 мА), АМ (напряжение 0…10, 2…10 В)
- Опция – вход АТ или АН для обратной связи с испонительным устройством плюс режим ручного управления
- Опция – выход RS (выход RS485, гальванически неразвязан, протокол обмена T-bus)
- Опция – дополнительный выход ЭЗ (э.-м. реле 2А 220В АС) на аварийную сигнализацию
- Модели в корпусах А (48х48х91 мм), Б (96х96х28 мм), С1(96х96х75 мм), Е (96х96х91 мм) и Д (96х96х50 мм)
- Питание 90…242 В АС (8-ми канальному регулятору в корпусе Д дополнительно необходим внешний источник питания 24 В DC 2A)
Д), ИВ (24В 200мА DC, только в к.Д) ОС (оптосимистор 220В 50мА АС), открытый коллектор (40В 30 мА DC)
Технические характеристики для ПИД регуляторов с ШИМ управлением нагревательнымиохладительными устройствами
| Количество (тип) входов | 1 (УН), 1 (АТ), 2 (УН), 2 (АТ), 4 (УН), 4 (АТ) |
| Количество (типы) управляемых выходов | 1 (ОС, ОК, ИВ) |
| Дополнительный выход на аварию | 1 (ЭЗ) |
| Выход RS485 | 1 (RS) |
| Тип корпуса | А, Б, С1, Е |
| Индикация | 1, 2, 2+1 |
Технические характеристики для ПИД регуляторов с ШИМ управлением электроприводами (”больше-меньше”, “трехточечное”)
| Количество (тип) входов | 1 (УН), 1 (АТ), 2 (УН), 2 (АТ), 4 (УН), 4 (АТ) |
| Количество (типы) управляемых выходов | 2 (ОС, ОК, ИВ), 8 (ИВ) |
| Тип обратной связи | 1 (АТ, АН), 2 (АТ, АН), 4 (АТ, АН), |
| Дополнительный выход на аварию | 1 (ЭЗ) |
| Выход RS485 | 1 (RS) |
| Тип корпуса | А, Б, С1, Е |
| Индикация | 1, 2, 2+1 |
Технические характеристики для ПИД регуляторов с аналоговым управлением электроприводами и инвертерами
| Количество (тип) входов | 1 (УН), 1 (АТ), 2 (УН), 2 (АТ), 4 (УН), 4 (АТ) |
| Количество (типы) управляемых выходов | 1 (АВ, АМ), 2 (АВ, АМ), 4 (АВ, АМ) |
| Тип обратной связи | 1 (АТ, АН), 2 (АТ, АН), 4 (АТ, АН), |
| Дополнительный выход на аварию | 1 (ЭЗ) |
| Выход RS485 | 1 (RS) |
| Тип корпуса | А, Б, С1, Е |
| Индикация | 1, 2, 2+1 |
Бланк заявки на изготовление продукции
ТехописаниеРазработка стенда ПИД-регулятора для модели нефтепромысла
Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.
tpu.ru/handle/11683/39912
| Title: | Разработка стенда ПИД-регулятора для модели нефтепромысла |
| Authors: | Селивёрстов, Павел Андреевич |
| metadata.dc.contributor.advisor: | Рудницкий, Владислав Александрович |
| Keywords: | ПИД-регулятор; настройка; объект управления; трехмассовый объект; библиотека ПИД-регулятора; PID-regulator; tuning of PID-regulator; control object; three-mass object; library of PID-regulator |
| Issue Date: | 2017 |
| Citation: | Селивёрстов П. А. Разработка стенда ПИД-регулятора для модели нефтепромысла : бакалаврская работа / П. А. Селивёрстов ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Институт кибернетики (ИК), Кафедра систем управления и мехатроники (СУМ) ; науч. рук. В. А. Рудницкий. — Томск, 2017. |
| Abstract: | В выпускной квалификационной работе был описан процесс разработки стенда ПИД-регулятора. Актуальность данной темы подтверждается тем фактом, что в настоящее время отсутствует необходимая материально-техническая база для обучения натурной настройке ПИД-регуляторов специалистов в сфере автоматики, в то время как, ПИД-регуляторы широко распространены в промышленности. В результате выполнения данной работы показаны метод получения передаточной функции для электронного объекта управления, а также получение его принципиальной схемы; получение принципиальной схемы аналогового ПИД-регулятора с возможностью корректировки каждого звена; принцип реализации трехмассового механического объекта управления и модуля ШИМ-питания для него; а также разработана библиотека для дискретного ПИД-регулятора.In the final qualifying work, the process of developing a platform of PID regulator was described. The relevance of this topic is confirmed by the fact that at present days there is no necessary material and technical base for training in-situ tuning of PID regulators in automation sphere, while PID regulators are widely used in industry.  As a result of this work, a method is described for obtaining a transfer function for an electronic control object, as well as obtaining its schematic diagram; Obtaining a circuit diagram of an analog PID controller with the possibility of adjusting each link; The principle of implementing a three-mass mechanical control object and a PWM power module for it; And also developed a library for a discrete PID controller. |
| URI: | http://earchive.tpu.ru/handle/11683/39912 |
| Appears in Collections: | Выпускные квалификационные работы (ВКР) |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
ПЛКили ПИД-регулятор: в чем разница и как вы решаете, какая технология вам нужна?
В целом ПЛК, вероятно, являются одним из наиболее широко используемых элементов технологии управления и автоматизации. Подсказка действительно исходит от названия PLC, или «программируемый логический контроллер». Именно тот факт, что они программируемые, делает их такими универсальными в применении. ПЛК содержат процессор, память для хранения программ и других данных, а также модули ввода и вывода. Обычно они программируются с помощью ПК, и существует ряд различных языков, соответствующих отраслевым стандартам (IEC 61131-3), которые могут использоваться.
ПИД-регулятор отличается от ПЛК. Ему по-прежнему требуются входы и выходы для получения информации от процесса и отправки сигналов для управления им, но он содержит специальные алгоритмы, предназначенные для управления процессом с помощью одного или нескольких контуров управления. Термин «ПИД-регулятор» относится к «пропорционально-интегральной производной».
Краткое объяснение того, как работает ПИД-регулирование…
Целью контура управления является приведение процесса к желаемому значению (заданному значению). Это может быть так же просто, как переключатель диммера, подключенный к лампочке.Это пример управления по «разомкнутому контуру», когда оператор должен контролировать, что происходит.
Управление с обратной связью обеспечивает обратную связь с системой управления, так что изменения в процессе могут быть внесены автоматически. Продолжая нашу тему лампочек, для этого потребовалось бы, чтобы датчик освещенности был встроен в петлю, чтобы по мере того, как в комнате становилось темнее, ток к лампочке увеличивался, поэтому лампа становилась ярче. «Уставка» в этом примере – это желаемый уровень света в комнате.
ПИД-регулирование используется там, где требуется более высокий уровень точности управления.Он сочетает в себе три элемента управления, чтобы дать один выход для управления заданным значением. Полоса пропорциональности дает выходной сигнал, пропорциональный ошибке (разнице между заданным значением и фактическим значением процесса). Контроллер настроен на диапазон диапазона пропорциональности, цель которого – довести значение процесса до заданного значения в кратчайшие сроки без длительных колебаний вокруг заданного значения. Если диапазон установлен слишком широким, полная мощность будет отключена, пока еще есть большая ошибка, и уставка не будет достигнута.
Если полоса слишком узкая, питание будет оставаться включенным до тех пор, пока значение процесса не станет очень близко к заданному значению, и не произойдет значительный «выброс». По мере того, как он пытается выправиться, узкая полоса будет вызывать включение и выключение питания, что вызовет колебания около заданного значения, которые потребуют много времени для установления – если они действительно когда-либо будут.
Пропорциональное управление не дает оператору возможности увеличить потребляемую мощность, если заданное значение не может быть достигнуто. В контуре управления всегда есть потери.Проще говоря, подумайте о своем доме и, например, о том, идеально ли он изолирован. Если потери в системе уравновешивают пропорциональное управление, процесс никогда не достигнет своей уставки. В таких случаях необходимо вводить больше мощности. Чтобы решить эту потенциальную проблему, Integral Control определяет реакцию управления на основе суммы недавних ошибок, чтобы закрыть любые пробелы.
Пропорционально-интегральное (PI) управление реагирует на изменения, наблюдаемые контроллером процесса, и, как таковые, является ретроспективным.Производное управление определяет реакцию управления на основе скорости изменения ошибки и, таким образом, предвосхищает требования управления. Этот член алгоритма управления предназначен для уменьшения перерегулирования и недостижения контрольной уставки. Это помогает повысить стабильность и справиться с внезапными изменениями в процессе; например, резкое изменение температуры из-за открывания двери.
Вам нужен ПИД-регулятор?
Управление, такое как обеспечиваемое алгоритмами управления Eurotherm, может удовлетворить самые разные потребности в управлении.Конечно, контроллеры могут выполнять простое управление и обеспечивать надежную и гарантированную производительность, которая оптимизирует и максимизирует общую производительность процесса. Отличия от Eurotherm Control проявляются в нескольких различных областях. Алгоритмы автонастройки Eurotherm (автонастройка помогает настроить процесс и добиться оптимальных настроек пропорционального, интегрального и производного параметров) экономят время и деньги на разработку.
Преимущества самого управления означают повышенную стабильность и повторяемость процесса.Управление Eurotherm особенно выгодно в строго регулируемых или сложных системах управления.
Наряду с ПИД-регулированием мирового класса Eurotherm гарантирует, что предлагаемые им устройства соответствуют другим приложениям и отраслевым потребностям. В аэрокосмической промышленности, например, ввод / вывод должен соответствовать определенному уровню точности и чувствительности, чтобы соответствовать требованиям точной термической обработки и уровням качества, которые требуются в отрасли. Многие более сложные процессы также не требуют единой уставки.Для них требуется заданное значение, которое изменяется со временем – профиль заданного значения. Для удовлетворения этих потребностей без больших затрат на проектирование требуются гибкие инструменты программирования уставок.
Стабильное и точное управление дает множество преимуществ. При правильном применении хороший контроль оказывает большое влияние на прибыльность предприятия.
Это сократит время обработки, улучшит качество продукции, снизит затраты, связанные с ломом, и оптимизирует потребление энергии.
Безопасная запись данных
Наряду с хорошим контролем во многих отраслях промышленности также требуется запись процесса.Раньше это достигалось с помощью бумажных самописцев. Операторы периодически снимали бумажную запись с регистратора и хранили, при необходимости, либо вместе с партией товаров, либо в архиве. Некоторое время назад бумажные самописцы были вытеснены графическими безбумажными самописцами. Это обеспечивало защищенные электронные записи, которые можно было архивировать на флэш-накопители, съемные электронные носители или по сети. Это естественное развитие означало, что хранение и поиск в архивах данных стали намного эффективнее.Сегодня нередки случаи, когда запись данных осуществляется блоком управления. Однако, опять же, безопасность и точность этих записей жизненно важны для определенных отраслей, и не все записи или стратегии записи одинаковы! Обеспечение полноты и безопасности записей требует осторожности, требует тщательной разработки и понимания правил, позволяющих использовать электронные записи.
ПЛК или ПИД-регулятор?
Для определенных отраслей, где точность и безопасность имеют первостепенное значение, необходимы специальные знания и алгоритмы PID.Такие функции, как гибкие программаторы уставок и алгоритмы автонастройки, помогают держать под контролем инженерные бюджеты. Однако ПЛК предлагают большую гибкость и свободу программирования для удовлетворения более широких потребностей приложений. Используемые языки программирования также часто знакомы, поскольку технология используется во многих различных областях предприятия.
Так почему бы не использовать и то, и другое? Серия E + PLC от Eurotherm by Schneider Electric объединяет лучшее из обоих миров. Он интегрирует проверенные, хорошо зарекомендовавшие себя алгоритмы управления Eurotherm в платформу ПЛК, которая использует стандартные языки программирования IEC.Затраты на проектирование оптимизируются за счет использования стандартных функциональных блоков, многоразового проектирования, гибких коммуникационных возможностей и готовой интегрированной визуализации с автоматическим разрешением тегов.
Он предлагает пользователям автоматически настраиваемый отклик ПИД-регулятора, который обеспечивает более быстрое управление без перерегулирования или колебаний, а также более жесткое и стабильное управление без необходимости ручного вмешательства. Ввод-вывод с высоким разрешением и безопасная запись, основанная на многолетнем опыте в этой области, позволяют еще больше снизить затраты на разработку и обеспечить более легкое соблюдение нормативных требований.
9.2: P, I, D, PI, PD и PID-регулирование
Как и многие инженерные системы, PID-регуляторы можно моделировать в Excel с помощью численных методов, таких как метод Эйлера. Сначала начните с начального значения данного параметра. Определите изменение этого параметра на определенном временном шаге, суммируя три контроллера P, I и D на этом этапе, которые находятся с использованием уравнений, перечисленных в разделе P, I, D, PI, PD, PID Control выше. . Возьмите это изменение, умножьте его на выбранный временной шаг и добавьте его к предыдущему значению интересующего параметра.
Для получения более подробной информации см. Численное решение ОДУ в Excel. Пример проблемы химической инженерии, в которой используется этот метод, можно увидеть в Примере 4 ниже.
Устранение неполадок при моделировании ПИД-регулирования в Excel
При настройке электронной таблицы Excel для моделирования ПИД-регулятора может появиться сообщение об ошибке, в котором говорится, что вы создали циклическую ссылку. Допустим, вы контролируете расход одного реагента (\ (B \)) в реактор, который зависит от концентрации другого реагента (\ (A \)) уже внутри реактора.Ваши уравнения ПИД-регулятора выглядят следующим образом:
\ [FB = 1 + K_ {c} \ left [\ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right) + \ frac {1} {\ tau_ {i}} \ int \ left (A- A _ {\ mathrm {set}} \ right) d t + \ tau_ {d} \ frac {d \ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right)} {dt} \ right] \ nonumber \]
и
\ [x_ {i} = \ frac {d \ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right)} {d t} \ nonumber \]
После настройки столбцов для \ (A – A_ {set} \), \ (d (A – A_ {set}) / dt \), \ (x_i \) и ячеек для ваших параметров, таких как \ (K_c \), \ (\ tau_i \) и \ (\ tau_d \), вам нужно будет настроить свой столбец PID с вашим уравнением PID в нем.
После ввода уравнения в первую ячейку столбца PID может появиться сообщение об ошибке «Циркулярная ссылка» при попытке перетащить уравнение в другие ячейки столбца.
Вы можете сделать две вещи:
- Вероятно, вам нужно начать уравнение PID во второй или третьей ячейке столбца PID. Введите разумные значения в первую пару ячеек перед тем, как начать уравнение ПИД, и вы обнаружите, что эти значения не должны влиять на конечный результат вашего контроллера.
- Вы также можете попробовать уменьшить размер шага (\ (Δt \)).
Сводные таблицы
Краткое описание преимуществ и недостатков трех элементов управления показано ниже и показано в таблице 1.
Таблица 1. Достоинства и недостатки средств управления
Руководство по типичному использованию различных контроллеров показано ниже в Таблице 2.
Таблица 2. Типичное применение контроллеров P, I, D, PI и PID
Краткое изложение определений терминов и символов показано ниже в Таблице 3.
Таблица 3. Определения терминов и символов.
Пример \ (\ PageIndex {1} \)
КомпанияHypothetical Industries только что назначила вас ответственным за один из своих реакторов периодического действия. Ваша задача – придумать способ поддержания заданного уровня внутри реактора. Ваш босс хочет использовать какой-нибудь регулятор регулятора, но он не совсем уверен, какой из них использовать. Помогите своему боссу найти контроллер подходящего типа. Чрезвычайно важно, чтобы уровень внутри реактора находился на заданном уровне.Большие колебания и ошибки недопустимы.
Решение
Вы хотели бы использовать ПИД-регулятор. Благодаря действию P-регулятора система очень быстро отреагирует на изменение. Благодаря действию I control система может вернуться к заданному значению. Наконец, поскольку для системы очень важно оставаться на постоянном заданном значении, D-контроль будет измерять изменение ошибки и помогать соответствующим образом отрегулировать систему.
Пример \ (\ PageIndex {2} \)
Вы возвращаетесь в старшую школу и замечаете духовку на своем старом уроке химии.Духовка используется для удаления воды из растворов. Используя свои знания из ChE 466, вы начинаете задаваться вопросом, какой тип контроллера использует духовка для поддержания заданной температуры. Вы замечаете, что некоторые старшеклассники хотят учиться, и решаете поделиться с ними своими знаниями в надежде вдохновить их стать инженерами-химиками. Объясните им тип контроллера, который, скорее всего, находится в духовке, и как этот контроллер работает.
Решение
Поскольку печь используется только для удаления воды из раствора, колебания, погрешности и запаздывание между заданной точкой и фактической температурой допустимы.Следовательно, самым простым и простым в использовании контроллером будет контроллер включения-выключения. Контроллер включения-выключения включает механизм нагрева, когда температура в духовке ниже заданной температуры.
Если температура духовки поднимется выше установленной, контроллер отключит нагревательный механизм.
Пример \ (\ PageIndex {3} \)
Воспользовавшись вашим советом, начальник компании Hypothetical Industries решает установить ПИД-регулятор для контроля уровня в реакторе периодического действия.Когда вы впервые запускаете реактор, контроллер изначально получил ступенчатый вход. Когда реактор переходит в устойчивое состояние, уровень в реакторе имеет тенденцию колебаться, посылая импульсные входы в контроллер. Для импульсного входа предоставьте графическое представление выхода ПИД-регулятора.
Рисунок 8. Импульсный вход.Решение
Выход ПИД-регулятора будет представлять собой комбинацию выходов регуляторов только P, I и D. Аналогично выходу П-регулятора для ступенчатого входа, выход П-регулятора для импульсного входа будет точно напоминать вход.
Рисунок 9. Выход П-регулятора для импульсного входа. Выход I-контроллера представляет собой область под графиком входов.
В отличие от пошагового входа, после прохождения импульса площадь под графиком импульсного входа уменьшалась до нуля. Следовательно, вместо того, чтобы постоянно увеличиваться, выходной график I-контроллера в конце концов выровняется.
Выход D-контроллера представляет собой производную входного графика. Производная на первом разрыве графика будет положительной бесконечностью.Производная второго разрыва вниз – отрицательная бесконечность.
Рисунок 11. Выход D-контроллера для импульсного входа.Комбинируя качественные характеристики всех трех графиков, можно определить выход ПИД-регулятора для импульсного входа.
Рисунок 12. Выход ПИД-регулятора для импульсного входа.Пример \ (\ PageIndex {3} \)
При определении устойчивости ПИД-регулятора возможны различные виды помех. Эти различные нарушения используются для имитации изменений, которые могут произойти в вашей системе.Для реактора CSTR вы решаете нагреть свою систему, чтобы учесть холодную погоду.
Нарушение температуры на входе – это нарушение линейного изменения, как показано на рисунке №. Если контроллер реагирует на температуру на входе, каким будет выход ПИД-регулятора?
Решение
Используя контроллер только с контроллером p-only, мы увидим пропорциональное изменение на выходе контроллера, соответствующее изменению входной переменной.См. Рисунок 14 ниже
Рисунок 14. Выход П-регулятора для входа рампы.Используя I-only контроллер, мы увидим контроллер, соответствующий области под графиком, которая в этом случае, кажется, увеличивается экспоненциально с геометрической формой рампы.
Рисунок 15. Выход I-контроллера для входа рампы. Используя контроллер D-only, мы увидим ступенчатую реакцию на возмущение рампы. Это связано с тем, что D-составляющая соответствует производной, а вход рампы показывает постоянный наклон (в данном случае положительный), который отличается от наклона начального условия (обычно нулевой).
См. Рисунок 16.
При использовании ПИД-регулятора все три компонента начинают действовать на выходе регулятора. Как и следовало ожидать, результатом будет простое добавление трех отдельных графов компонентов.
Рисунок 17. Выход D-контроллера для входа рампы.Пример \ (\ PageIndex {6} \)
Ниже приводится P&ID процесса A + B -> C.
Рисунок 18. P&ID для процесса реакции.Каково выражение ПИД-регулятора на V3, регулирующем объем в TK001 до заданного значения 50 литров? Примечание. ПИД-регулятор использует LC1 для измерения объема.
Решение
Общее уравнение для ПИД-регулятора:
\ [c (t) = K_ {c} \ left [e (t) + \ frac {1} {T_ {i}} \ int e (t) d t + T_ {d} \ frac {de} { dt} \ right] + C \ nonumber \]
где
- \ (c (t) \) = выход контроллера
- \ (K_c \) = коэффициент усиления контроллера
- \ (e (t) \) = ошибка
- \ (T_i \) = время интегрирования
- \ (T_d \) = производная постоянная времени
- \ (C \) = начальное значение контроллера
Следовательно, для этого примера решение:
\ [F _ {\ mathrm {out}} = offse t + K_ {c} \ left [\ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {set}} \ right) + \ frac {1} {T_ { i}} \ int \ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {set}} \ right) d t + T_ {d} \ frac {d \ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {vet} } \ right)} {dt} \ right].
\ nonumber \]
Пример \ (\ PageIndex {6} \)
В этой задаче будут определены дифференциальные уравнения, описывающие конкретную систему первого порядка с ПИД-регулятором. Это сделано для того, чтобы показать, как четко определенные системы могут быть смоделированы или объяснены математически. В качестве дополнения к этой проблеме посетите Constructing Block Diagrams. Обратите внимание, что это пример решения с использованием интегро-дифференциальных операторов, а не преобразований Лапласа. Здесь мы установили \ (K_p = 1 \).{t} d \ tau + \ tau_ {D} \ frac {d} {d t} \ right] \ nonumber \]
Решение: Используйте Построение блок-схем в качестве справочного материала при решении этой проблемы.
Система определения уравнений,
- Процесс: τ p Y ‘( t ) + Y ( t ) = X ( t )
- Контроллер: X ( t ) = G ε ( t )
- Компаратор: ε ( t ) = R ( t ) – M ( t )
- Размер: M ( т ) = Y ( т )
Когда эти уравнения объединяются в одно уравнение, получается следующее уравнение.
{\ prime} (t) + R (t) \]
Вышеупомянутое уравнение затем можно решить вручную или с помощью такой программы, как Mathematica.При использовании компьютерной программы можно выбрать различные значения для параметров управления K c , τ I , τ D , а реакцию на изменение в системе можно оценить графически.
Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)
Какой тип контроллера отображается в приведенном ниже уравнении?
\ [c (t) = K_ {c} \ left [e (t) + \ frac {1} {T_ {i}} \ int e (t) d t \ right] \ nonumber \]
- Прямая связь
- PID
- Производная
- Пропорционально-интегральный
- Ответ
д
Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)
Какой тип контроллера повышает стабильность системы, поддерживая постоянные настройки?
- Производная
- Пропорциональный
- Вкл / Выкл
- Интегральный
- Ответ
а
Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)
Какой тип контроллера увеличивает скорость отклика для достижения желаемой уставки быстрее всего при устранении смещения?
- Вкл / Выкл
- Пропорциональный
- Интегральный
- Пропорционально-интегральный
- Ответ
д
Лаборатория микробиологии обнаружила новый смертельно опасный штамм бактерий P.
Вулфи, в городском водопроводе. Чтобы стерилизовать воду, бактерии необходимо уничтожить нагреванием при температуре 105 градусов Цельсия. Однако это выше точки кипения воды при 1 атм, и бактерии чувствительны к нагреванию только в жидкости из-за образования спор в газе или паре. Для выполнения этой стерилизации было предложено использовать автоклав, чтобы поддерживать воду в жидком состоянии, поддерживая ее под давлением 5 атм при нагревании в течение 30 секунд. Автоклав может выдерживать давление только до 7 атм перед взрывом, поэтому, чтобы гарантировать, что процесс идет в соответствии с желаемыми характеристиками, модель ПИД-регулятора должна быть создана в Excel.См. Рисунок 18 для визуального представления системы.
Щелкните по этой ссылке, чтобы просмотреть разработанное решение Excel
.Пояснение:
Чтобы смоделировать реальную ситуацию изменения давления в системе, столбец B вызывает уравнение для генерации случайных колебаний давления.
Pset – это просто желаемая спецификация. Ошибка – это разница между установленным давлением и измеренным сигналом. du / dt – это сумма членов P, I и D.Уравнения, используемые для расчета каждого из них, можно найти в статье, они учитывают ошибку, связанную с каждым временным шагом. dU / dt – это параметр, который варьируется для корректировки разницы между измеренным давлением и желаемым давлением.
Практическая динамика процесса ПИД-регулирования с пропорциональными регуляторами давления
Рационально мыслящие инженеры-конструкторы понимают важность компетентных инженеров по контролю, когда приходит время реализовать разработанный ими процесс.Потратив месяцы или годы на проектирование, спецификацию и обеспечение необходимого оборудования, инженеры-проектировщики должны доверить инженеру по контролю за завершением видения и автоматизировать повторяемый процесс. В то время как сотрудничество между инженерными дисциплинами обязательно продолжается, инженеры-конструкторы, которые развивают практическое понимание управления контурами ПИД-регулирования, лучше всего подходят для определения и обеспечения оптимального оборудования, что повышает вероятность успешных внедрений и может значительно сократить время возврата инвестиций.
Каждый раз, когда мы изменяем наше поведение на основе предыдущего результата, мы создаем контур управления. Как люди, мы постоянно создаем новые контуры управления и корректируем старые, пытаясь регулировать наш опыт. Мы регулируем скорость наших автомобилей, изменяя расход топлива на основе показаний спидометра. Мы гуляем на улице, измеряем температуру и добавляем или убираем одежду, чтобы создать комфорт. Человеческий мозг – самый плодовитый контроллер петель из существующих. Естественно, мы применяем аналогичные методы для управления нашими производственными и производственными процессами.
В подавляющем большинстве промышленных контуров управления используются некоторые комбинации ПИД-регулирования. PID – это аббревиатура от «Пропорциональный», «Интегральный» и «Производный». Эти математические термины справочные алгоритмы, которые инженеры по контролю используют для управления сигналами срабатывания для достижения желаемых результатов процесса. Контуры промышленных процессов включают в себя несколько датчиков и различные клапаны, цилиндры или другие устройства, требующие срабатывания.
Типичное использование контура ПИД включает температуру, давление, расход, химический состав, скорость и уровень.Инженер по управлению использует алгоритмы PID для записи данных процесса и расчета уставок для различных исполнительных устройств. Задача состоит в том, чтобы преодолеть множество переменных и достичь желаемой уставки в нужное время с минимальным превышением или недостижением.
Пропорциональный контроллер является общим компонентом многих процессов контура управления. Этому устройству требуется заданное значение от главного контроллера, и ожидается, что он будет генерировать одинаковый выходной сигнал. Главный контроллер может использовать ПИД-регулятор для вычисления уставки пропорционального регулятора.Однако современные пропорциональные контроллеры имеют собственный встроенный регулируемый контур ПИД-регулирования для достижения заданной уставки.
Именно в контексте пропорциональных контроллеров в данной статье исследуется и обсуждается практическая динамика процесса ПИД-регулирования.
Понимая основную теорию ПИД-регулирования и поведенческие тенденции, инженеры-конструкторы могут оценить нюансы и приоритеты каждого конкретного процесса и выбрать оптимальные пропорциональные регуляторы. Скорость, точность, разрешение и стабильность влияют друг на друга, и каждый из них изменяется при изменении настроек PID.Какой из них самый важный? Аналоговые пропорциональные контроллеры работают быстро, но предлагают ли устройства на базе микроконтроллеров какие-либо преимущества? Может ли пропорциональный контроллер обеспечить гибкость и производительность?
Контуры ПИД-регулятора предоставляют инженерам системы управления настраиваемый метод управления многочисленными условиями, от скорости до температуры и всего, что между ними. Авторитет цикла изменяет поведение устройства для поддержания стабильного вывода и повышения скорости отклика. Наиболее распространенными пропорциональными контроллерами являются электронные регуляторы давления (EPR), состоящие из наполняющих и выпускных клапанов, встроенного датчика и ПИД-регуляторов для регулировки характеристик отклика.
EPR требует только внешней команды уставки, чтобы стать схемой управления с обратной связью. Уставка постоянно сравнивается с показаниями бортового преобразователя для получения «ошибки». Особое предназначение промышленных контуров ПИД-регулирования состоит в том, чтобы постоянно уменьшать и поддерживать значение ошибки на нулевом или близком к нулю уровне. Итак, как каждый алгоритм способствует достижению этой цели?
Вклад пропорционального алгоритма
Как первый компонент в нашем контуре управления, пропорциональный алгоритм обычно является наиболее действенным и наиболее важным из трех.Компонент P отвечает за корректировку переменной управления пропорционально величине вычисленной ошибки в процессе. Расчет для выхода P прост: «текущая ошибка» x Kp (константа пропорционального усиления). Регулировка значения P-усиления увеличивает или уменьшает скорость отклика. В некоторых процессах используется схема управления «только P». Однако, если пропорциональный алгоритм является единственным элементом, задействованным в системе, стабильная работа может происходить, но установившаяся ошибка сохраняется, и колебания могут стать неотъемлемой частью процесса.
Рассмотрим аналогию с квадрокоптером-дроном. Эти летательные аппараты используют сложные алгоритмы PID, которые используют данные бортовых датчиков для расчета скорости вращения двигателей, чтобы поддерживать желаемое положение самолета. В этом примере алгоритм P представляет собой настройку отзывчивости и чувствительности, и он определяет, насколько активно контроллер работает для исправления ошибки. Вообще говоря, низкие значения P кажутся мягкими и неряшливыми на элементах управления, а высокие значения P кажутся резкими и резкими. Однако, если настройка P слишком высока, она корректирует и выходит за пределы уставки, создавая высокочастотные колебания.Эти колебания можно сбросить и смещать вручную, но для автоматического устранения установившейся ошибки, присущей колебаниям, интеграл должен вносить свою функцию в схему управления.
Вклад интегрального алгоритма
Интеграл – это совокупность всех записанных значений с момента начала отсчета времени до его остановки.
Компонент I регистрирует все ошибки выше или ниже нуля (по сравнению с заданным значением) и постоянно стремится уменьшить его до нуля или близкого к нулю.Поскольку интеграл со временем компилирует ошибки, он устраняет любую установившуюся ошибку в системе. В то время как P мгновенно реагирует на уравновешивание ошибки в определенный момент времени, I компенсирует все ошибки за все известное время. Вычисление интеграла – это «накопленная ошибка» x K i (постоянная интегрального усиления).
Что касается квадрокоптера, интегральная настройка наиболее соответствует ощущению жесткости. Он отвечает за поддержание высоты дрона против внешних сил, таких как ветер или дополнительный вес.Если дует устойчивый ветер, компонент I обеспечивает все более стабильную высоту, поскольку накопление исторических ошибок усредняется и реализуется. Однако, если возникает неожиданный порыв ветра, отклика I может быть недостаточно для компенсации, и активируется производный алгоритм.
График интеграла
Интеграл – это совокупность всех записанных значений с момента начала отсчета времени до его остановки.
Вклад производного алгоритма
Если пропорциональная величина – это коррекция текущей ошибки, а интеграл – это коррекция прошлой ошибки, то производная представляет собой коррекцию будущей ошибки.Компонент D является наиболее сложным и обычно не требуется в большинстве приложений. Фактически, большинство пропорциональных контроллеров используют только контур управления PI. Однако действие D полезно в приложениях управления движением, поскольку оно связано с мгновенной скоростью изменения (производной) записанной ошибки. Если нет изменений в ошибке, выходная производная равна нулю. Если скорость изменения увеличивается или уменьшается, выводится производная, соответствующая величине мгновенного изменения ошибки.Вклад D наиболее эффективен, когда вклады P и I малы. В этом состоянии, если количество ошибок увеличивается, компонентам P и I может потребоваться слишком много времени, чтобы отреагировать. Тем не менее, пик – это то, что ищет компонент D, и поэтому он немедленно реагирует и компенсирует.
Расчет производной – это «производная ошибки» x Kd (константа усиления производной).
Если на дрон обрушивается сильный порыв ветра, активируется производное действие, чтобы компенсировать внезапное изменение скорости по ошибке.Выход D пытается ослабить чрезмерную коррекцию от P-компоненты путем смягчения и нейтрализации чрезмерного действия P-выхода. Большинство промышленных процессов с обратной связью не всегда сталкиваются с ситуациями, требующими действий D; таким образом, чаще всего используется ПИ-регулятор.
Простое устранение неполадок PI
Приведенная выше аналогия с дроном уместна, потому что она ссылается на чувства и ощущения, понятные каждому. Однако инженер по системам управления не «чувствует» повышение температуры и не «чувствует» падение давления; они используют необработанные данные и инструменты построения графиков для сопоставления показаний датчиков и сравнения с заданными значениями.
При настройке контуров управления PI требуется много проб и ошибок для набора настроек.
По этой причине настройка контуров PI – это не только наука, но и искусство. На графиках ниже показано типичное поведение PI, наблюдаемое с пропорциональными контроллерами, и рекомендуемые действия по их настройке.
Знайте приоритеты своего процесса
При обсуждении приложений пропорционального регулятора и того, как работают регуляторы давления, следует помнить о четырех поведенческих отличиях при настройке контуров PI для обеспечения оптимальной производительности.В зависимости от процесса электронным пневматическим контроллерам может потребоваться повышенная скорость, более высокая точность, лучшее разрешение или большая стабильность. Возникает вопрос: что является приоритетным для того или иного процесса?
Например, традиционный контроль температуры насыщенного пара требует хорошей точности при стабильных температурах. Однако быстро добиться этого невозможно по нескольким причинам. Типичная установка включает термопару, измеряющую температуру на выходе, и ПИ-регулятор, вычисляющий уставку для технологического клапана (пропорциональный контроллер) на основе показаний температуры от термопары.
Поскольку пропорциональный контроллер просто открывает и закрывает клапан, чтобы позволить большему или меньшему количеству пара на выходе, температура постоянно колеблется вверх и вниз вокруг желаемой уставки. В конце концов, температура ниже по потоку сравняется с уставкой, но процесс занимает от 45 минут до часа. Жертвовать скоростью для достижения стабильной и точной температуры остается приоритетом для многих приложений, работающих с температурой пара.
Как знание приоритетов процесса позволяет инженерам-конструкторам определять оптимальное оборудование?
Скорость – это параметр, который больше всего влияет на другие параметры.Чем быстрее должен быть процесс, тем сложнее поддерживать точность, разрешение и стабильность. Понимая неактуальность (с точки зрения физики и технологий) скорости в регулировании температуры пара, можно выбрать технологический клапан меньшего размера (Cv), оставляя больший бюджет для более качественной термопары.
Что, если бы скорость не была постоянной и корректировки происходили бы предсказуемо?
Например, микрофлюидика – это процесс, предназначенный для транспортировки отдельных клеток через микроскопические каналы для разнообразного спектра аналитических задач – обеспечение стабильной скорости является обязательным условием.
Однако часто предпочтительна медленная регулируемая скорость. Электронные регуляторы давления (EPR) часто используются для управления давлением различных жидкостей, каждая с разной вязкостью, плотностью и другими непохожими характеристиками. Если переменные процесса, такие как жидкость, давление и объем, изменяются, настройки PI требуют перенастройки для достижения оптимальной производительности.
Многие регуляторы давления работают хорошо при правильной настройке, но легко ли изменить настройки PI при изменении параметров? Доступны как цифровые, так и аналоговые пропорциональные контроллеры. Следует ли отдавать предпочтение одной технологии перед другой?
Короткий ответ – да! Инженеры по системам управления предпочитают одну из этих технологий, и вскоре инженеры-конструкторы тоже.
Сравнение цифрового и аналогового ПИД-регулирования
Аналоговый пропорциональный контроллер
Преимущества и ограничения
Аналоговые пропорциональные контроллеры обладают двумя потенциальными преимуществами перед цифровыми (микроконтроллерными) устройствами.
Во-первых, аналоговые схемы имеют более высокую скорость, чем цифровые. Однако это не имеет отношения к пропорциональным контроллерам, потому что независимо от того, насколько быстро электрический сигнал открывает или закрывает клапан, жидкость, проходящая через клапан, всегда медленнее реагирует, что сводит на нет ощутимое преимущество.Во-вторых, на рынке преобладает аналоговая технология, и для ее внедрения и эксплуатации требуется меньше времени. Несмотря на то, что это потенциально текущее преимущество, явно наблюдается тенденция к цифровым технологиям. Оба упомянутых преимущества лишь подчеркивают отсутствие единственного аналогового преимущества, имеющего отношение к данной статье: ПИД-регулирования.
Преимущества цифрового ПИД-регулирования
Понимание предпочтения цифровых и аналоговых устройств сводится к пониманию конкретной технологии управления, которую использует устройство.Схема аналоговая или микроконтроллер на плате управляет работой устройства? В то время как преобладание аналоговых устройств на рынке может сделать выбор аналогового оборудования решением по умолчанию, цифровые пропорциональные микроконтроллеры предлагают множество улучшений по сравнению с аналоговыми аналогами, особенно в контексте расширенной функциональности PID.
Общая схематическая структура ПИД-контура
Простота настройки ПИД-регулятора
Настройка параметров ПИД-регулятора на некоторых аналоговых электронных регуляторах давления – утомительный и трудоемкий процесс, требующий от оператора вращения крошечных потенциометров вручную.Однако изменение параметров цифрового ПИД-регулятора осуществляется через простой программный интерфейс, позволяющий оператору напрямую управлять настройками с клавиатуры, пока устройство не достигнет желаемых рабочих характеристик. Этого единственного различия достаточно, чтобы взволновать любого инженера по контролю и сократить количество рабочих часов.
Безопасность, отслеживаемость и подотчетность
Безопасность PID – это дополнительное преимущество устройств, управляемых микроконтроллером. Когда заводские настройки ПИД-регулятора приводят к нежелательным характеристикам процесса, операторы могут вмешиваться в потенциометры ПИД-регулятора аналогового контроллера, создавая дополнительные проблемы.
После изменения настроек ПИД-регулятора будет сложно вернуть устройство к начальной калибровке. Однако для изменений PID микроконтроллера требуется программный интерфейс, который сохраняет все изменения в настройках PID, обеспечивая подотчетность и упрощая возврат к заводским настройкам, если новые значения работают плохо.
Реакция динамического процесса
В мире электронных регуляторов давления (EPR) некоторые приложения являются статическими и требуют только простого регулирования давления в замкнутом объеме.Однако многие приложения являются динамическими с различными уставками, входным давлением, объемом, противодавлением и утечками. Обнаружение значений ПИД-регулятора, обеспечивающих хорошее функционирование аналогового управления давлением в динамических условиях, сложно, если вообще возможно. Пропорциональный микроконтроллер может изменять значения PID в любое время с помощью метода, называемого планированием усиления, когда микроконтроллер выбирает новые значения на основе изменений (триггеров) в режиме реального времени в рабочих условиях.
Таким образом, цифровой микроконтроллер обеспечивает лучшую стабильность и воспроизводимость в более широком диапазоне рабочих условий, чем аналоговый контроллер.
Изложенная выше базовая теория контура ПИД-регулирования не предназначена для предоставления инженерам-проектировщикам необходимых знаний для настройки контуров ПИД-регулирования. Тем не менее, он предназначен для того, чтобы дать представление об уровне техники и процессе настройки ПИД-регулятора в том, что касается пропорциональных контроллеров. Отмеченные различия между настройкой ПИД-регулятора аналогового или цифрового пропорционального регулятора широки и открывают глаза. Цифровой микроконтроллер экономит огромное количество времени инженерам по контролю и обеспечивает большую адаптируемость и гибкость при разработке в будущем без необходимости закупки дополнительных продуктов.
Если у вас есть вопросы о цифровом пропорциональном управлении или вам нужна информация о новых электронных пропорциональных регуляторах давления Cordis от Clippard, свяжитесь с Clippard сегодня.
Связанное содержимое
Модифицированный ПИД-регулятор для автоматического управления генерацией объединенной энергосистемы с несколькими источниками с использованием алгоритма оптимизатора, зависящего от пригодности
30 сен 2020
PONE-D-20-28150
Модифицированный ПИД-регулятор для автоматического управления генерацией в объединенной энергосистеме с несколькими источниками с использованием алгоритма фитнес-зависимого оптимизатора
PLOS ONE
Уважаемый доктор.Дараз,
Спасибо за отправку рукописи в PLOS ONE. После тщательного рассмотрения мы считаем, что он имеет свои достоинства, но не полностью соответствует критериям публикации PLOS ONE в его нынешнем виде. Поэтому мы приглашаем вас представить исправленную версию рукописи, в которой рассматриваются вопросы, поднятые в процессе рецензирования.
Отправьте отредактированную рукопись до 14 ноября 2020 г., 23:59.
Если для внесения изменений вам потребуется больше времени, ответьте на это сообщение или обратитесь в офис журнала по адресу gro.solp @ enosolp. Когда вы будете готовы отправить свою редакцию, войдите в систему на https://www.editorialmanager.com/pone/ и выберите папку «Submissions Needing Revision», чтобы найти файл рукописи.
При отправке отредактированной рукописи укажите следующие элементы:
Письмо с опровержением, которое отвечает на каждый вопрос, поднятый академическим редактором и рецензентом. Вы должны загрузить это письмо в виде отдельного файла с пометкой «Ответ рецензентам».
Размеченная копия вашей рукописи, в которой отмечены изменения, внесенные в исходную версию.Вы должны загрузить это как отдельный файл с пометкой «Исправленная рукопись с отслеживанием изменений».
Версия исправленного вами документа без пометок, без отслеживаемых изменений. Вы должны загрузить это как отдельный файл с пометкой «Рукопись».
Если вы хотите внести изменения в раскрытие финансовой информации, включите обновленное заявление в сопроводительное письмо. Рекомендации по повторной отправке файлов с рисунками доступны под комментариями рецензента в конце этого письма.
Если возможно, мы рекомендуем вам поместить свои лабораторные протоколы в Протоколы.io, чтобы улучшить воспроизводимость ваших результатов. Protocols.io присваивает вашему протоколу собственный идентификатор (DOI), чтобы в будущем на него можно было ссылаться независимо. Инструкции см. По адресу: http://journals.plos.org/plosone/s/submission-guidelines#loc-laboratory-protocols
Мы с нетерпением ждем вашей отредактированной рукописи.
С уважением,
Вэй Яо, Ph.D.
Academic Editor
PLOS ONE
Требования к журналу:
При отправке вашей редакции нам необходимо, чтобы вы выполнили эти дополнительные требования.
1. Убедитесь, что ваша рукопись соответствует стилевым требованиям PLOS ONE, включая требования к именованию файлов.
Шаблоны стилей PLOS ONE можно найти по адресу
https://journals.plos.org/plosone/s/file?id=wjVg/PLOSOne_formatting_sample_main_body.pdf и
https://journals.plos.org/plosone/s /file?id=ba62/PLOSOne_formatting_sample_title_authors_affiliations.pdf
2. Мы рекомендуем вам тщательно отредактировать вашу рукопись с точки зрения использования языка, орфографии и грамматики.Если вы не знаете никого, кто мог бы вам в этом помочь, возможно, вы захотите воспользоваться услугами профессионального научного редактора.
Несмотря на то, что вы можете использовать любую профессиональную службу научного редактирования по вашему выбору, PLOS сотрудничает с American Journal Experts (AJE) и Editage для предоставления скидок на услуги авторам PLOS. Обе организации имеют опыт оказания помощи авторам в соблюдении руководящих принципов PLOS и могут предоставить языковое редактирование, перевод, форматирование рукописей и форматирование рисунков, чтобы гарантировать соответствие вашей рукописи нашим правилам подачи заявок.
Чтобы воспользоваться преимуществами нашего партнерства с AJE, посетите веб-сайт AJE (http://learn.aje.com/plos/) и получите скидку 15% на услуги AJE. Чтобы воспользоваться преимуществами нашего партнерства с Editage, посетите веб-сайт Editage (www.editage.com) и введите реферальный код PLOSEDIT, чтобы получить скидку 15% на услуги Editage. Если редакционная группа PLOS обнаружит какие-либо языковые проблемы в тексте, который редактировал AJE или Editage, поставщик услуг отредактирует текст бесплатно.
При повторной подаче предоставьте следующее:
Имя коллеги или сведения о профессиональной службе, которая редактировала вашу рукопись
Копия вашей рукописи, показывающая ваши изменения, выделив их или отслеживая изменения (загружено как файл * вспомогательной информации)
Чистая копия отредактированной рукописи (загружена как новый файл * рукописи *)
3.В заявлении о доступности данных вы не указали, где можно найти минимальный набор данных, лежащих в основе результатов, описанных в вашей рукописи.
PLOS определяет минимальный набор данных исследования как базовые данные, используемые для вывода выводов, сделанных в рукописи, и любые дополнительные данные, необходимые для воспроизведения опубликованных результатов исследования в их полноте. Все журналы PLOS требуют, чтобы минимальный набор данных был полностью доступен. Для получения дополнительной информации о нашей политике в отношении данных, пожалуйста, посетите http: // журналы.plos.org/plosone/s/data-availability.
При повторной отправке отредактированной рукописи загрузите минимальный базовый набор данных вашего исследования в виде файлов вспомогательной информации или в стабильное общедоступное хранилище и включите соответствующие URL-адреса, DOI или номера доступа в пересмотренное сопроводительное письмо. Список допустимых репозиториев см. На http://journals.plos.org/plosone/s/data-availability#loc-recommended-repositories. Любая потенциально идентифицирующая информация о пациенте должна быть полностью анонимной.
Важно! Если существуют этические или юридические ограничения на публичное раскрытие ваших данных, пожалуйста, подробно объясните эти ограничения.
Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими рекомендациями для получения дополнительной информации о том, какие ограничения мы считаем неприемлемыми для публичного обмена данными: http://journals.plos.org/plosone/s/data-availability#loc-unacceptable-data-access-restrictions. Обратите внимание, что для авторов неприемлемо быть единственными лицами, ответственными за обеспечение доступа к данным.
Мы обновим ваше заявление о доступности данных, чтобы отразить информацию, которую вы предоставили в сопроводительном письме.
4. Обратите внимание, что вы включили таблицу, на которую вы не ссылаетесь в тексте своей рукописи. Убедитесь, что вы ссылаетесь на Таблицу 7 в своем тексте; в случае принятия, производителю потребуется эта ссылка, чтобы связать читателя с таблицей.
[Примечание: разметка HTML приведена ниже. Пожалуйста, не редактируйте.]
Комментарии рецензентов:
Ответы рецензентов на вопросы
Комментарии автору
1. Является ли рукопись технически надежной и подтверждают ли данные выводы?
Рукопись должна описывать технически обоснованное научное исследование с данными, подтверждающими выводы.
Эксперименты должны проводиться строго, с соответствующими контролями, повторениями и размерами выборки. Выводы должны быть сделаны надлежащим образом на основании представленных данных.
Рецензент №1: Да
Рецензент №2: Частично
**********
2. Был ли статистический анализ выполнен правильно и тщательно?
Рецензент № 1: Да
Рецензент № 2: Нет
**********
3. Обнародовали ли авторы все данные, лежащие в основе результатов их рукописи?
Политика данных PLOS требует от авторов сделать все данные, лежащие в основе выводов, описанных в их рукописи, полностью доступными без ограничений, за редким исключением (см. Заявление о доступности данных в PDF-файле рукописи).Данные должны быть предоставлены как часть рукописи или вспомогательной информации, либо депонированы в общедоступное хранилище. Например, в дополнение к сводной статистике должны быть доступны точки данных за средними, медианами и показателями дисперсии. Если есть ограничения на публичный обмен данными – например, конфиденциальность участников или использование данных от третьих лиц – это необходимо указать.
Рецензент № 1: Да
Рецензент № 2: Да
**********
4. Разборчиво ли представлена рукопись и написана ли она на стандартном английском языке?
PLOS ONE не копирует принятые рукописи, поэтому язык представленных статей должен быть ясным, правильным и однозначным.Любые типографские или грамматические ошибки должны быть исправлены при пересмотре, поэтому обратите внимание на любые конкретные ошибки здесь.
Рецензент № 1: Да
Рецензент № 2: Да
**********
5. Комментарий автора
Пожалуйста, используйте отведенное место, чтобы объяснить свои ответы на вопросы выше . Вы также можете включить дополнительные комментарии для автора, в том числе опасения по поводу двойной публикации, этики исследования или этики публикации. (Пожалуйста, загрузите свой обзор как вложение, если он превышает 20 000 символов)
Рецензент № 1: 1.Авторы должны четко разъяснить мотивацию и вклад этой работы;
2. Метаэвристические алгоритмы широко и широко используются при настройке коэффициентов усиления ПИД-регулятора, авторы должны рассмотреть эту важную область во Введении с подробным обсуждением, см.
индукционный генератор на базе ветряной турбины, преобразование энергии и управление. 2017. (b) Алгоритм демократических совместных операций для оптимального извлечения энергии из системы преобразования энергии ветра на основе PMSG, Преобразование энергии и управление.2018. и (c) ПИД-регулирование дробного порядка на основе наблюдателя возмущений фотоэлектрических инверторов для сбора солнечной энергии с помощью оптимизации пар Инь-Ян, преобразования энергии и управления. 2018.
3. Дальнейшие исследования должны быть представлены в Заключении;
4. Авторам предлагается рассмотреть ПИД-регулятор дробного порядка, который может значительно улучшить общие характеристики управления, в этой области следует сделать дополнительный раздел обсуждения, например, Надежное ПИД-регулирование дробного порядка суперконденсаторных систем накопления энергии для приложений распределительных сетей. : Подход, основанный на компенсации возмущений.Журнал чистого производства. 2021.
Рецензент №2: В этой статье разработана модифицированная форма ПИД-регулятора, известная как контроллер I-PD, для АРУ двухзонной системы IPS с несколькими источниками.
Используется алгоритм FDO. Мои комментарии к статье следующие.
1. Обзор литературы описывает только работу существующей литературы, однако связь существующей литературы с этой статьей не описывается. Какую тенденцию развития этой литературы также следует объяснить?
2.«Эффективность предлагаемого подхода была оценена на двухзонной сети с индивидуальным источником, включающим газ, гидроэнергетику и теплообменник, а затем совместно со всеми тремя источниками». Однако метод алгоритма FDO, похоже, одинаково влияет на разные типы источников. Пожалуйста, подробно опишите различия между методами, применяемыми к разным типам источников.
3. Из рисунка 33-41 видно, что предлагаемый контроллер обеспечивает надежность за счет изменения параметров системы в диапазоне ± 25%.Однако не указывается, может ли быть гарантирована устойчивость при увеличении диапазона параметров, поэтому необходима сравнительная проверка.
4. Пожалуйста, внимательно проверьте формат ссылок, например «2018; 12 (5): 585-97.
» В [29]. Измените его на «2018, 12 (5): 585-97».
**********
6. Авторы PLOS имеют возможность опубликовать историю рецензирования своей статьи (что это означает?). Если он опубликован, он будет включать ваш полный экспертный обзор и все прикрепленные файлы.
Если вы выберете «нет», ваша личность останется анонимной, но ваш отзыв все равно может быть обнародован.
Вы хотите, чтобы ваша личность была публичной для этой экспертной оценки? Для получения информации об этом выборе, включая отзыв согласия, см. Нашу Политику конфиденциальности.
Рецензент № 1: №
Рецензент № 2: №
[ПРИМЕЧАНИЕ. Если комментарии рецензента были отправлены в виде файла вложения, они будут прикреплены к этому электронному письму и доступны через сайт отправки.Пожалуйста, войдите в свою учетную запись, найдите запись рукописи и проверьте ссылку действия «Просмотреть вложения». Если эта ссылка не отображается, значит, прикрепленных файлов нет.
]
При пересмотре заявки загрузите файлы рисунков в цифровой диагностический инструмент Preflight Analysis and Conversion Engine (PACE), https://pacev2.apexcovantage.com/ . PACE помогает обеспечить соответствие показателей требованиям PLOS. Чтобы использовать PACE, вы должны сначала зарегистрироваться как пользователь. Регистрация бесплатна. Затем войдите в систему и перейдите на вкладку ЗАГРУЗКА, где вы найдете подробные инструкции по использованию инструмента.Если у вас возникнут какие-либо проблемы или возникнут вопросы при использовании PACE, отправьте электронное письмо PLOS по адресу gro.solp@serugif. Обратите внимание, что для файлов вспомогательной информации этот шаг не требуется.
Настройка промышленного ПИД-регулятора – с многоцелевой структурой с использованием MATLAB® | Хосе Давид Рохас
Хосе Давид Рохас Фернандес получил докторскую степень в 2011 году. Основным направлением его исследований является проектирование и анализ устройств управления для сложных динамических систем. Он работал над моделями и симуляциями станций очистки сточных вод, анаэробных биореакторов и электрохимических процессов, используемых в прогнозном управлении возобновляемыми источниками энергии. У него есть опыт использования новых стратегий управления, таких как управление на основе данных, оптимальное управление и управление с прогнозированием на основе моделей. Текущие исследования доктора Рохаса включают применение моделирования, моделирования и управления для производства энергии, а также разработку недорогих систем управления для сельскохозяйственных приложений.
Орландо Арриета получил степени бакалавра и магистра электротехники в Университете Коста-Рики в 2003 и 2006 годах соответственно.В 2007 году он получил степень магистра в области системного проектирования и автоматизации, а в 2010 году он получил степень доктора философии в Автономном университете Барселоны, Испания, в области ПИД-регулирования. С 2003 по 2005 год он был временным профессором кафедры автоматизации Школы электротехники Университета Коста-Рики.
Позже он стал частью исследовательской группы Advanced Control Systems Автономного университета Барселоны, где он также проводит постдокторантуру.С 2011 года он является профессором кафедры автоматизации Школы электротехники Университета Коста-Рики, достигнув в 2015 году звания профессора. Он является научным сотрудником Института инженерных исследований (INII) и Исследовательской лаборатории систем управления (CERLab). Его исследовательские интересы сосредоточены на управлении процессами, применяемом к ПИД-регулированию. С 2017 года он также является деканом инженерного факультета.
Рамон Виланова родился в Лериде, Испания, 10 сентября 1968 года.Он окончил Автономный университет Барселоны (1991 г.), получив в том же университете звание доктора (1996 г.). В настоящее время он занимает должность преподавателя инженерной школы Автономного университета Барселоны, где разрабатывает учебные задания по таким дисциплинам, как «Сигналы и системы», «Автоматическое управление» и «Технология автоматизированных систем».
Его исследовательские интересы включают методы настройки ПИД-регуляторов, систем с неопределенностью, анализ систем управления с несколькими степенями свободы, применение к системам окружающей среды и разработку методологий для проектирования интерфейсов «машина-человек».Он является автором нескольких глав в книгах и имеет более 100 публикаций в международных конгрессах / журналах. Он является членом IEEE и SIAM.
PM6L1EJ-AAAAAAA Watlow | ПИД-регулятор EZ-ZONE
Свяжитесь с нашими экспертами по фильтрации
Свяжитесь с нашими специалистами по фильтрации, чтобы ответить на вопросы или помочь вам с любым приложением
Услуги по фильтрации:
- Консультации по фильтрации
- Аудит
- Инжиниринг и дизайн
- Обучение и поддержка на месте
Свяжитесь с нашими экспертами по калибрам
Нужна помощь в выборе манометра? Свяжитесь с нашими специалистами, чтобы ответить на вопросы.
Воспользуйтесь нашим инструментом Gauge Finder Tool для поиска по определенным атрибутам в соответствии с потребностями вашего приложения.
Услуги
- Услуги по калибровке манометров
- Сборка и установка манометрического уплотнения
- Монтаж и обслуживание разделительной диафрагмы
- Наполнение манометра различными типами заливок
- Диапазоны измерения давления с настраиваемой шкалой
- Контрольные проверки для обеспечения надлежащего функционирования
- Калибровка и ремонт вакуумметра
Свяжитесь с нашими экспертами в области управления движением и автоматизации
Свяжитесь с нашими экспертами, чтобы ответить на вопросы или помочь вам с вашим приложением.
Услуги
- Управление и автоматизация
- Службы панели управления
- Проектирование системы управления
- Услуги машинного зрения
- Контракты на техническое обслуживание / ремонт
- Услуги ПЛК
- Ремонтный центр Rexroth Indramat
Связаться с нашими экспертами по контролю процессов
Свяжитесь с нашими экспертами, чтобы ответить на вопросы или помочь вам с вашим приложением.
Услуги
- Услуги по распределению комплектующих
- Управление запасами на объекте
- Услуги автоматизации производства
- Экспедирование товара
- Уведомления об устаревании и замене продукта
- Комплектация и упаковка
- Пользовательская маркировка
Связаться с нашими специалистами по технологическому теплу
Свяжитесь с нашими экспертами, чтобы ответить на вопросы или помочь вам с вашим приложением.
Услуги
- Расчет теплопотерь
- Расчет тепловых потерь
- Запуск обогревателя и панели управления
- Пусконаладочные работы и запуск тепловой системы
- Поддержка на месте
Свяжитесь с нашими экспертами по работе с жидкостями
Свяжитесь с нашими экспертами, чтобы ответить на вопросы или помочь вам с вашим приложением.
Услуги
- Расчет теплопотерь
- Расчет тепловых потерь
- Запуск обогревателя и панели управления
- Пусконаладочные работы и запуск тепловой системы
- Поддержка на месте
PID Климат – ESPHome
Климатическая платформа pid позволяет регулировать значение с помощью
ПИД-регулятор.
хорошо модулируют выходной сигнал для получения показаний датчика до заданного значения. уставка. Например, его можно использовать для регулирования мощности нагревательного элемента, чтобы получить температура до заданной пользователем уставки.
Подробное объяснение того, как работают ПИД-регуляторы, выходит за рамки этой статьи документации, но есть хорошая статья, объясняющая принцип действия здесь.
# Пример записи конфигурации
климат:
- платформа: pid
имя: «ПИД-регулятор климата»
датчик: temperature_sensor
default_target_temperature: 21 ° C
heat_output: нагреватель
control_parameters:
кп: 0. 49460
ki: 0,00487
kd: 12.56301
49460
ki: 0,00487
kd: 12.56301
Переменные конфигурации:
датчик ( Обязательно , ID): датчик, который используется для измерения силы тока. температура.
default_target_temperature ( Требуется , float): целевая температура по умолчанию (заданное значение) для алгоритма управления. Позже это можно будет динамически установить во внешнем интерфейсе.
heat_output ( Необязательно , ID): ID вывода с плавающей запятой что увеличивает текущую температуру.По крайней мере, один из
heat_outputиcool_outputдолжен быть уточненным.cool_output ( Необязательно , ID): ID вывода с плавающей запятой. что снижает текущую температуру. По крайней мере, один из
heat_outputиcool_outputдолжен быть уточненным.control_parameters ( Обязательно ): параметры управления ПИД-регулятора.
kp ( Обязательно , с плавающей запятой): коэффициент пропорционального члена ПИД-регулятора.
ki ( Дополнительно , с плавающей запятой): коэффициент для интегрального члена ПИД-регулятора. По умолчанию
0.kd ( Дополнительно , с плавающей запятой): коэффициент для производной члена ПИД-регулятора. По умолчанию
0.min_integral ( Необязательно , с плавающей запятой): максимальное значение интегрального члена, умноженное на
кидля предотвращения заводнения.По умолчанию-1.max_integral ( Необязательно , с плавающей запятой): минимальное значение интегрального члена, умноженное на
кидля предотвращения заводнения. По умолчанию1.
Все остальные опции от Climate.
Настройка ПИД-регулятора
Для настройки ПИД-регулятора климата вам понадобится пара компонентов:
Датчик для считывания текущей температуры (датчик
,).По крайней мере, один поплавковый выход для привода для нагрева или охлаждения (или обоих). Это может быть, например, выход ШИМ через
slow_pwm(TODO), который управляет нагревательным элементом.Обратите внимание, что выход должен быть управляемым с непрерывным значением (не только ВКЛ. / ВЫКЛ., Но и любым состоянием). между ними, например, 50% мощности нагрева).
Примечание
Датчик должен иметь короткий интервал обновления. Частота обновления PID привязана к обновлению
интервал датчика.Установите короткий update_interval , например, 1s на датчике.
Автонастройка
Поиск подходящих параметров управления kp , ki и kd для ПИД-регулятора вручную
требуется некоторый опыт работы с ПИД-регуляторами.
ESPHome имеет алгоритм автонастройки, который автоматически
находит подходящие параметры ПИД-регулятора, чтобы начать использовать адаптацию метода Циглера-Николса с
автонастройка реле (Остром и Хэгглунд).
Для автонастройки параметров управления:
Настройте ПИД-регулятор со всеми параметрами управления, установленными на ноль:
климат:
- платформа: pid
id: pid_climate
имя: «ПИД-регулятор климата»
датчик: temperature_sensor
default_target_temperature: 21 ° C
heat_output: нагреватель
control_parameters:
кп: 0.0
ki: 0,0
kd: 0,0
Создайте переключатель шаблона для запуска автонастройки позже:
Переключатель:
- платформа: шаблон
имя: "Автонастройка климата PID"
turn_on_action:
- clim.pid.autotune: pid_climate
Скомпилируйте и загрузите новую прошивку.
Теперь у вас должен быть климатический объект под названием «PID Climate Controller» и переключатель под названием «PID Climate Autotune» отображается в выбранном вами интерфейсе.
Алгоритм автонастройки работает путем многократного переключения выхода тепла / холода на полную мощность и выключения. Это вызвало колебания наблюдаемой температуры и измеренного периода и амплитуды. рассчитывается автоматически.
Но это также означает, что вы должны установить уставку климатического контроллера на значение устройство может дотянуться. Например, если необходимо контролировать температуру в помещении, уставка должна быть выше температуры окружающей среды. Если температура окружающей среды составляет 20 ° C, заданное значение Климатическое устройство должно быть настроено как минимум на ~ 24 ° C, чтобы можно было вызвать колебания.
Установите соответствующую уставку (см. Выше).
Щелкните «PID Climate Autotune» и просмотрите журналы устройства.
Вы должны увидеть результат вроде
Автонастройка ПИД-регулятора: Автонастройка все еще продолжается! Статус: пытается достичь 24,25 ° C Статистика на данный момент: Фазы: 4 Обнаружено 5 переходов через ноль # ... Например, в выходных данных выше автотюнер устанавливает мощность нагрева на 100%. и пытаясь достичь 24.25 ° С. Это будет продолжаться некоторое время, пока данные для 6 фаз (или немного больше, в зависимости от данных качество) были приобретены.После успешного выполнения автонастройки ПИД-регулятора можно увидеть вывод, подобный приведенному ниже:
Автонастройка ПИД-регулятора: Состояние: Успешно! Все проверки пройдены! Расчетные параметры ПИД-регулятора (правило «ПИД-регулирования Циглера-Николса»): Расчетные параметры ПИД-регулятора (правило «ПИД-регулятора Циглера-Николса»): control_parameters: кп: 0,49460 ki: 0,00487 kd: 12.56301 Скопируйте эти значения в свою конфигурацию YAML! Они будут сброшены при следующей перезагрузке.# ...Скопируйте значения в
control_parametersв свою конфигурацию.климат: - платформа: pid # ... control_parameters: кп: 0,49460 ki: 0,00487 kd: 12.56301Завершите, скомпилируйте и загрузите обновленную прошивку.
Если рассчитанные параметры ПИД не подходят, вы можете попробовать некоторые из альтернативных параметров. печатается под основными параметрами управления в выводе журнала.
климат.pid.autotune ДействиеЭто действие запускает процесс автонастройки ПИД-регулятора.
по _...:
# Базовый
- clim.pid.autotune: pid_climate
# Передовой
- clim.pid.autotune:
id: pid_climate
полоса шума: 0,25
Positive_output: 25%
negative_output: -25%
Переменные конфигурации:
id ( Обязательно , ID): ID PID Climate для запуска автонастройки.
noiseband ( Дополнительно , float): Диапазон шума технологической переменной (= датчика).Значение ПИД-регулятора должен быть в состоянии достичь этого значения. По умолчанию
0,25.positive_output ( Дополнительно , с плавающей запятой): положительная выходная мощность для увеличения теплоотдачи. По умолчанию
1.0.negative_output ( Необязательно , с плавающей запятой): положительная выходная мощность для управления холодным выходом. По умолчанию
-1,0.
климат.пид.set_control_parameters ДействиеЭто действие устанавливает новые значения для параметров управления ПИД-регулятора. Это может быть используется для ручной настройки ПИД-регулятора. Обязательно обновите значения, которые вы хотите файл YAML! Они будут сброшены при следующей перезагрузке.
по _...:
- clim.pid.set_control_parameters:
id: pid_climate
кп: 0,0
ki: 0,0
kd: 0,0
Переменные конфигурации:
id ( Обязательно , ID): ID PID Climate для запуска автонастройки.
kp ( Обязательно , с плавающей запятой): коэффициент пропорционального члена ПИД-регулятора.
ki ( Дополнительно , с плавающей запятой): коэффициент для интегрального члена ПИД-регулятора. По умолчанию
0.kd ( Дополнительно , с плавающей запятой): коэффициент для производной члена ПИД-регулятора. По умолчанию
0.
климат.pid.reset_integral_term ДействиеЭто действие сбрасывает интегральный член ПИД-регулятора на 0. Это может быть необходимо при определенных условиях. условия, позволяющие избежать выхода контура управления за пределы цели.
по _...: # Базовый - clim.pid.reset_integral_term: pid_climate
Переменные конфигурации:
pid ДатчикКроме того, климатическая платформа PID предоставляет дополнительную платформу датчиков для мониторинга рассчитанные параметры PID, чтобы помочь найти хорошие значения PID.
датчик:
- платформа: pid
name: «Результат изменения климата PID»
тип: РЕЗУЛЬТАТ
Переменные конфигурации:
имя ( Обязательно , строка): Имя датчика
тип ( Обязательно , строка): значение для отслеживания. Один из
РЕЗУЛЬТАТ– Результирующее значение (сумма членов P, I и D).ОШИБКА– Расчетная ошибка (заданное значение – переменная_процесса)ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ– Пропорциональный член ПИД-регулятора.INTEGRAL– Интегральный член ПИД-регулятора.ПРОИЗВОДНАЯ– Производная ПИД-регулятора.HEAT– Результирующая тепловая мощность, подаваемая наheat_output.COOL– Результирующая охлаждающая мощность, подаваемая наcool_output.
