Пид закон регулирования: ПИД-регулирование и выполнение ПИД-закона регулирования

ПИД-регулирование и выполнение ПИД-закона регулирования

ПИД-регулирование, или пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование — процесс, используемый в сфере промышленной автоматизации. Он сложный и трудоемкий, так как предполагает взаимодействие нескольких параметров и функций.

Основная цель — корректировка и поддержание заданного значения температуры, давления, оборотов двигателя и пр., т.е. контроль над постоянством заданных значений в системе автоматического управления. Поэтому ПИД-регулятор — ключевой элемент подобных систем.
Благодаря этому устройству обеспечивается выполнение ПИД-закона регулирования. Оно формирует управляющий сигнал, который создается на основании 3 показателей:

1. пропорционального,
2. интегрального,
3. дифференциального.

ПИД-закон обеспечивает более точные результаты в поддержании температурных показателей по сравнению с позиционным.

Формула для вычисления мощности в ПИД-регулировании выглядит следующим образом: 
 
В ней N — Мощность, а коэффициенты обозначаются как:
Kp — пропорциональный,
Ki — интегральный,
Kd — дифференциальный.
В зависимости от полученных результатов расчетов настраивается ПИД-регулятор.

Пропорциональное регулирование

Суть пропорциональной составляющей заключается в получении, а также обработке данных, которые впоследствии сравниваются. Основная задача — сравнивать входное и заданное значение параметров, а также умножать на подобранный коэффициент. В результате чего получается требуемое выходное значение.
Однако сложность в том, что нужный коэффициент подобрать иногда довольно затруднительно. Это связано с разнообразными факторами, влияющими на расчет параметров:

ПИД-регулятор Термодат-22К5

• качеством регулирования,
• целями,
• параметрами регулятора,
• частотой воздействия,
• уровнем помех и пр.

Поэтому регулирование ПИД-регулятора может происходить либо теоретически, либо экспериментально.

Интегральное регулирование

Этот компонент направлен на вычисление интеграла отклонения величины по времени. Другими словами, в этом процессе выявляются «ошибки». Это дополняет, а также помогает сглаживать показатели пропорциональной составляющей.

В настройке ПИД-регулятора в данном случае также участвует коэффициент. Нахождение и настройка нужного показателя могут быть заданы на приборе автоматически. Либо его можно настроить вручную. Однако для этого необходимо обладать опытом и достаточным уровнем квалификации.

Дифференциальное регулирование

Главной функцией этой составляющей считается прогнозирование и предотвращение ошибок. Также она препятствует резким скачкам. Дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора подбирают в зависимости от динамики и темпа изменений измеряемых показателей.

Обычно ПИД-регулирование измерительных устройств проводится в соответствии с технической литературой. Настройка может проводиться разными методами. Но необходимо помнить, что это — ответственный и трудоемкий процесс, от которого зависит точность результатов. Поэтому такая задача под силу только опытным специалистам. 

ПИД-регулятор. Частные случаи (П, ПД, ПИ-регулятор) – Глосарій – Корисна інформація

Головна » Корисна інформація » Глосарій

Пропорциональное регулирование (П-закон)

Аналоговый П-регулятор (см. ЛУ в приборах ТРМ1, 2ТРМ1, ТРМ201, ТРМ202)

При цифровой реализации П-закона регулирования выходной сигнал регулятора

Y_i пропорционален величине рассогласования E_i, т. е.

X_p – полоса пропорциональности, в пределах которой справедлива эта формула
E_i – разность между заданным Т_уст и текущей Т_i значениями измеряемой величины, или рассогласование

Полоса пропорциональности X_p, как и отклонение E, выражается в единицах контролируемого параметра. Чем шире полоса пропорциональности X_p, тем меньше величина выходного сигнала Y при одном и том же отклонении E.

Вне полосы пропорциональности выходной сигнал Y равен 0 или 100 %.

При действии П-закона регулятор выдает импульсы, в которых присутствует только пропорциональная составляющая величины выходного сигнала.

Выходной сигнал П-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях X_p и E=10

Зависимость выходного сигнала П-регулятора от рассогласования при различных значениях X_p

Пропорционально-дифференциальное регулирование (ПД-закон)

При работе прибора в режиме ПД-регулятора величина выходного сигнала Y_i зависит не только от величины отклонения E_i, но и от скорости его изменения:

X_p – полоса пропорциональности
E_i – рассогласование
τ_л – постоянная времени дифференцирования
ΔE_i – разность между двумя соседними измерениями E_i и E_i-1
Δt_изм – время между двумя соседними измерениями T_i и T_i–1
ΔE_i / Δtизм – скорость изменения рассогласования E

i

Изменение выходного сигнала регулятора при ступенчатом изменении отклонения показано на рисунке. В первый период после ступенчатого изменения E_i регулятор выдает управляющий импульс, в котором, кроме пропорциональной составляющей, вызванной рассогласованием E_i, добавляется дифференциальная (заштрихованная часть) ΔY_д, которая зависит от величины ΔE_i и τ_л коэффициента. В последующих импульсах присутствует только пропорциональная составляющая, так как нет изменения E_i.

Выходной сигнал ПД-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях и E=10

Пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-закон)

При работе прибора в режиме ПИ-регулятора величина выходного сигнала Y_i зависит как от величины отклонения E

i, так и от суммы предыдущих рассогласований:

X_p – полоса пропорциональности
E_i – рассогласование
τ_и – постоянная времени интегрирования
∑E_i – накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма)

Из рисунка видно, что в первый момент времени, когда нет отклонения (E_i=0), нет и выходного сигнала (Y_i=0). С появлением отклонения E_i появляются импульсы, длительность которых постепенно увеличивается. В импульсах присутствует пропорциональная составляющая, которая зависит от величины E (незаштрихованная часть импульсов) и интегральная составляющая (заштрихованная часть). Увеличение длительности импульсов происходит за счет роста интегральной составляющей, которая зависит от рассогласования E

i и коэффициента τ_и.

Выходной сигнал ПИ-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях и E=10

Полезные ссылки

ПИД-регуляторы (терморегуляторы)

SCIRP Открытый доступ

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по тематике  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикация у нас

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Бесплатные информационные бюллетени SCIRP

Copyright © 2006-2023 Scientific Research Publishing Inc. Все права защищены.

Вершина

Объяснение настроек PID | Только пропорциональное управление

В этой статье мы рассмотрим влияние только пропорционального действия на контур управления потоком.

Только пропорциональное управление является простейшим из действий ПИД-регулятора, но редко используется в промышленных производственных процессах.

Проблема с P-Only Control связана с тем, что называется смещением. В этой статье мы объясним смещение и покажем вам, как и когда оно происходит.

Типовой контур управления потоком

Контроллер в нашем контуре типичен для большинства контроллеров. Мы можем настроить уставку и переключаться между автоматическим и ручным режимами. При ручном управлении мы можем настроить выход контроллера на желаемую величину.

В контуре потока есть насос для перемещения технологической жидкости. Мы можем включать и выключать насос, что будет очень полезно для наблюдения за откликами ПИД-регулятора в статических и динамических условиях.

Хорошо… Давайте начнем с рассмотрения P&ID нашего контура управления потоком.

Управление потоком осуществляется с помощью пневматического исполнительного механизма FCV200. Контроллер FRC200 выдает электрический сигнал, который приводит в действие пневматический конечный привод через преобразователь тока в давление (I/P) FY200.

Датчик перепада давления FT200 отправляет электрический сигнал, отображающий скорость потока, на контроллер.

Настройки ПИД-регулятора 1) Только пропорциональный

давайте посмотрим на петлю потока в действии. Хорошо… Давайте начнем исследовать влияние регулировки количества пропорционального действия на нашу петлю потока.

Диапазон выходного сигнала контроллера составляет от 4 до 20 мА, что соответствует от 0 до 100 %. Когда процесс стабилен, выходной сигнал контроллера будет иметь значение от 4 до 20 мА.

Переменная процесса также представлена ​​сигналом от 4 до 20 мА от преобразователя расхода. Этот сигнал представляет от 0 до 100 % переменной процесса.

Хорошо, теперь, когда мы знаем, как работает контур потока, давайте перейдем к пропорциональному управлению. Итак, что такое пропорциональное действие?

Работа контроллера заключается в обеспечении того, чтобы переменная процесса была такой же, как уставка. Контроллер всегда смотрит на разницу между уставкой и переменной процесса. Эту разницу часто называют ошибкой .

Пропорциональное Действие является Усилением Ошибки. Это пропорциональное усиление не имеет единиц и часто упоминается как 9.0005 Усиление . Этот усиленный результат добавляется к текущему выходу контроллера.

ОК. Теперь у нас есть простая математическая формула.

Новый выход контроллера = предыдущий выход контроллера (CO) + (усиление × ошибка)

Пример #1

Давайте рассмотрим пример пропорционального действия и применимость этой математической формулы.

Начнем с ВЫКЛЮЧЕННОГО насоса. С контроллером в ручном режиме мы установим выход на 50%. Мы установим Gain на 1.

Теперь давайте установим контроллер в автоматический режим. При выключенном насосе PV или переменная процесса будет равна 0.

Посмотрите, что произойдет, если мы изменим уставку с 0% на 10%. Изменение уставки на 10 % привело к 10-процентному изменению выходного сигнала контроллера. Почему? Выход контроллера (CO) изменился на 10% с 50% до 60%.

Ранее мы говорили, что пропорциональное действие приводит к изменению выхода контроллера на основе простой математической формулы: Выход контроллера = CO + (Коэффициент усиления × ошибка)

Наша уставка изменилась с 0 на 10%, что дает ошибку 10%. Усиление установлено на 1,

Поскольку усиление равно 1, пропорциональное действие добавит только 10 % к выходному сигналу контроллера. Выход контроллера был на уровне 50%, поэтому добавление пропорционального отклика сдвинет его на 60%.

Пример #2

Давайте попробуем еще раз, но на этот раз мы увеличим усиление до 2. На этот раз CO изменился с 50% до 70%, что составляет изменение на 20%. Почему? Поскольку усиление теперь установлено на 2, пропорциональное действие добавит 20% к выходу контроллера.

Имейте в виду, что насос был выключен в обоих наших экспериментах. При выключенном насосе у нас нет возможности изменить переменную процесса, поэтому наше пропорциональное действие действует на статические условия.

После запуска насоса мы находимся в динамичной среде, и переменные со временем меняются.

Пример #3

Включим насос и посмотрим на динамическую реакцию пропорционального действия. Мы начинаем с переменной процесса со значением уставки 75%.

Когда мы вводим изменение уставки на 65%, контроллер инициирует пропорциональное действие и пытается изменить переменную процесса, чтобы перейти на 65%. Но переменная процесса достигает только 69% и остается там!

Пропорциональный контроллер выполняет ожидаемую от него работу, по крайней мере, до тех пор, пока не произойдет изменение возмущения, переменной процесса или заданного значения.

Смещение в ПИД-регуляторе

Вначале переменная процесса равна заданному значению, а ошибка равна нулю. Переменная процесса стабильна. Нарушение процесса приведет к изменению переменной процесса, и контроллер сработает.

К сожалению, процесс вернется к состоянию стабильности, НО НЕ с переменной процесса в заданном значении.

Разница между переменной процесса и заданным значением называется смещением и возникает только в пропорциональных контроллерах.

Эта статья является частью бесплатного курса. Если вы хотите узнать больше о ПИД-контроллерах в удобном для понимания формате, перейдите на сайтlearn.realpars.com, где вы можете записаться на этот курс «Основы ПИД-регулятора», а также на несколько других курсов по программированию ПЛК. и другие темы, связанные с промышленной автоматизацией и робототехникой бесплатно.

Этот курс дает вам базовое понимание ПИД-регуляторов в очень удобном формате.

В следующей части Настройки PID | Пропорционально-интегральное управление , мы покажем вам, как добавление интегрального (I) действия поможет вернуть переменную процесса обратно к заданному значению, тем самым устранив смещение.