Różnicowy regulator proporcjonalno-całkowy to urządzenie, które jest instalowane w zautomatyzowanych systemach w celu utrzymania zadanego parametru, który może się zmieniać.
Na pierwszy rzut oka wszystko jest zagmatwane, ale sterowanie PID można też wytłumaczyć atrapami, czyli osoby, które nie są do końca obeznane z systemami i urządzeniami elektronicznymi.
Zawartość
Co to jest regulator PID?
Regulator PID to urządzenie wbudowane w pętlę sterowania z obowiązkowym sprzężeniem zwrotnym. Jest przeznaczony do utrzymywania ustalonych poziomów wartości zadanych, takich jak temperatura powietrza.
Urządzenie dostarcza sygnał sterujący lub wyjściowy do urządzenia sterującego na podstawie danych otrzymanych z czujników lub czujników. Kontrolery mają wysokie wskaźniki dokładności procesów przejściowych i jakości zadania.
Trzy współczynniki regulatora PID i zasada działania
Zadaniem regulatora PID jest dostarczenie sygnału wyjściowego o ilości mocy potrzebnej do utrzymania regulowanej zmiennej na zadanym poziomie. Do obliczenia wskaźnika stosuje się złożoną formułę matematyczną, która zawiera 3 współczynniki - proporcjonalny, całkowy, różniczkowy.
Za przedmiot regulacji przyjmijmy zbiornik z wodą, w którym konieczne jest utrzymanie temperatury na zadanym poziomie poprzez regulację stopnia otwarcia zaworu z parą.
Składnik proporcjonalny pojawia się w momencie niezgodności z danymi wejściowymi. W prostych słowach brzmi to tak – bierze się różnicę między temperaturą rzeczywistą a temperaturą zadaną, mnożoną przez nastawialny współczynnik i otrzymujemy sygnał wyjściowy, który należy przyłożyć do zaworu. Tych. gdy tylko stopnie spadną, rozpoczyna się proces ogrzewania, wznoszą się powyżej pożądanego znaku - wyłącza się lub nawet ochładza.
Potem przychodzi integralny element, który ma kompensować wpływ środowiska lub inne zakłócające wpływy na utrzymanie naszej temperatury na danym poziomie. Ponieważ zawsze istnieją dodatkowe czynniki, które wpływają na sterowane urządzenia, liczba ta zmienia się już w momencie otrzymania danych do obliczenia składnika proporcjonalnego. A im większy wpływ zewnętrzny, tym silniejsze są wahania wskaźnika. Występują skoki napięcia.
Składnik integralny próbuje, w oparciu o przeszłe wartości temperatury, zwrócić swoją wartość, jeśli uległa zmianie. Proces został szczegółowo opisany w poniższym filmie.
A następnie sygnał wyjściowy regulatora, zgodnie ze współczynnikiem, jest stosowany do podwyższenia lub obniżenia temperatury. Z biegiem czasu wybierana jest wartość kompensująca czynniki zewnętrzne, a skoki znikają.
Całka służy do eliminacji błędów poprzez obliczenie błędu statycznego. Najważniejsze w tym procesie jest wybranie prawidłowego współczynnika, w przeciwnym razie błąd (niedopasowanie) wpłynie również na składnik integralny.
Trzecią składową PID jest wyróżnik. Został zaprojektowany, aby zrekompensować wpływ opóźnień, które występują między wpływem na system a sprzężeniem zwrotnym. Regulator proporcjonalny dostarcza energię do momentu osiągnięcia przez temperaturę pożądanego poziomu, jednak gdy informacja przechodzi do urządzenia, zwłaszcza przy dużych wartościach, zawsze pojawiają się błędy. Może to prowadzić do przegrzania. Dyferencjał przewiduje odchylenia spowodowane opóźnieniami lub wpływami środowiska i z wyprzedzeniem zmniejsza dostarczaną moc.
Strojenie regulatora PID
Strojenie regulatora PID odbywa się na 2 sposoby:
- Synteza implikuje obliczenie parametrów na podstawie modelu systemu. To ustawienie jest dokładne, ale wymaga głębokiej znajomości teorii automatycznego sterowania. Podlega tylko inżynierom i naukowcom. Ponieważ konieczne jest usunięcie charakterystyki zużycia i wykonanie kilku obliczeń.
- Metoda ręczna oparta jest na próbach i błędach. Aby to zrobić, za podstawę przyjmuje się dane już gotowego systemu, wprowadza się pewne korekty do jednego lub więcej współczynników regulatora. Po włączeniu i obserwacji końcowego wyniku parametry zmieniają się we właściwym kierunku. I tak dalej, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu wydajności.
Teoretyczna metoda analizy i strojenia jest rzadko stosowana w praktyce, co wynika z nieznajomości charakterystyki obiektu sterowania i szeregu możliwych wpływów zakłócających. Bardziej powszechne są metody eksperymentalne oparte na monitorowaniu systemu.
Nowoczesne zautomatyzowane procesy są realizowane jako wyspecjalizowane moduły pod kontrolą programów do regulacji współczynników regulatora.
Cel regulatora PID
Regulator PID jest przeznaczony do utrzymywania określonej wartości na wymaganym poziomie - temperatury, ciśnienia, poziomu w zbiorniku, przepływu w rurociągu, stężenia czegoś itp., poprzez zmianę działania sterowania na siłowniki, takie jak automatyczne zawory sterujące, za pomocą proporcjonalnych, całkujących, różniczkujących wielkości do jego ustawienia.
Celem zastosowania jest uzyskanie dokładnego sygnału sterującego, który jest w stanie sterować dużymi gałęziami przemysłu, a nawet reaktorami elektrowni.
Przykład kontroli temperatury
Często regulatory PID służą do sterowania temperaturą, weźmy prosty przykład podgrzewania wody w zbiorniku i rozważmy ten automatyczny proces.
Do pojemnika wlewa się płyn, który należy podgrzać do żądanej temperatury i utrzymać na danym poziomie. Wewnątrz zbiornika zainstalowany jest czujnik temperatury - termoelement lub termometr oporowy i jest bezpośrednio podłączony do regulatora PID.
Aby podgrzać ciecz, dostarczymy parę, jak pokazano na poniższym rysunku, z automatycznym zaworem sterującym. Sam zawór odbiera sygnał z regulatora.Operator wprowadza w regulatorze PID wartość zadaną temperatury, która musi być utrzymywana w zbiorniku.
Jeśli współczynniki regulatora nie zostaną ustawione poprawnie, nastąpią skoki temperatury wody, przy czym zawór będzie w pełni otwarty lub całkowicie zamknięty. W takim przypadku konieczne jest obliczenie współczynników regulatora PID i ponowne ich wprowadzenie. Jeśli wszystko zostanie wykonane poprawnie, po krótkim czasie system wyrówna proces i temperatura w zbiorniku będzie utrzymywana na zadanym poziomie, a stopień otwarcia zaworu sterującego będzie w pozycji środkowej.
Podobne artykuły:
