Назад к списку

ПИД - регулятор

      Для системных процессов часто требуется чтобы контролируемые параметры (например,скорость мотора) были способны быстро реагировать на внешние воздействия и поддерживатьдругие системные константы (давление, поток, температура, и т.п.). Простым примером являетсянасосная система, которая имеет несколько отводных клапанов. Для поддержания постоянногопотока для каждого клапана, давление в трубопроводе должно быть постоянным. Если насос,питающий систему, управляется приводом, то при открытии клапанов скорость мотора должнавозрастать и уменьшаться при их закрытии для поддержания постоянного давления втрубопроводе.Средством для соответствия этому требованию является «регулятор задания». Давление втрубопроводе, измеренное датчиком, сравнивается с заданным значением давления. Регулятор,сравнивая давление в системе с заданным значением, формирует задание скорости для моторадля коррекции ошибки. Один из самых общих видов регуляторов использует алгоритм ПИДрегулирования. В нем используется 3 составляющих вида регуляторов для устранения ошибок:Пропорциональный, Интегральный и Дифференциальный регулятор 


Пропорциональный регулятор 

     Пропорциональный регулятор является основным, где задание скорости прямопропорционально ошибке. Если используется только пропорциональный регулятор, то в системевсегда будет ошибка. Низкие значения пропорционального коэффициента регулятора приводят к«вялости» системы, а слишком высокие приводят к нестабильности и колебаниям в системе. 

Интегральный регулятор 

     Интегральный регулятор используется для исключения ошибки. Скорость будет расти домомента исключения ошибки (или уменьшаться при отрицательной ошибке). Малые значенияинтегральной составляющей значительно влияют на работу регулятора в целом. Еслиустановлено слишком высокое значение – система промахнется, и будет работать сперерегулированием. 

Дифференциальный регулятор 

     Дифференциальный регулятор, оценивая скорость изменения ошибки, используется дляувеличения быстродействия системы. Он и повышает быстродействие регулятора в целом.Однако с повышением быстродействия регулятора также увеличивается и его перерегулирование,что приводит к нестабильности системы. В большинстве случаев, дифференциальнаясоставляющая устанавливается нулевой или близкой к некоторому очень низкому значению дляпредотвращения этого. Однако она может быть очень полезной в системах позиционирования.

Прямое и обратное действие регуляторов 

     Большинство регуляторов «прямого действия». То есть, увеличение скорости мотора приводит кувеличению переменной процесса. Это случай в насосной системе, где давление это переменнаяпроцесса; увеличение скорости мотора приводит к увеличению давления. Но в некоторыхсистемах увеличение скорости мотора приводит к уменьшению переменной процесса. Например,температура жидкости обдуваемого вентилятором теплообменника - переменная процесса; приувеличении скорости вентилятора температура жидкости уменьшается! В данном случае,необходимо использовать регулятор «обратного действия».

Настройка ПИД-регулятора 

Для систем управления мотором настройка ПИД-регулятора может быть сложной. Нижеописанныешаги настройки помогут упростить этот процесс:1. Установите интегральную и дифференциальную составляющие в ноль. Задавайте максимумскорости и наблюдайте за реакцией системы. 

2. Увеличьте пропорциональную составляющую и повторите шаг 1. Продолжайте до тех пор,пока не начнется автоколебательный процесс в районе точки задания скорости. 

3. Уменьшайте пропорциональную составляющую, пока система не станет стабильной.Колебания станут затухающими. 

4. Установите пропорциональную составляющую примерно на 15% ниже этого устойчивогопункта. 

5. Задавайте ступенчато максимальную скорость; увеличивайте интегральную составляющуюдо тех пор, пока не начнутся затухающие колебания скорости перед стабилизацией. Уменьшайтеинтегральную составляющую до тех пор, пока система не достигнет заданной скорости безколебаний или ошибки. 

6. В большинстве систем, настройка дифференциальной составляющей не требуется. Если отсистемы требуется большее быстродействие, то этого возможно достичь, настраиваядифференциальную составляющую. Задавайте ступенчато скорость; увеличивайтедифференциальную составляющую, пока система остается стабильной с минимальным временемотработки (увеличивайте медленно, чтобы избежать нестабильного состояния). Система будетоптимальной при наличии одного перерегулирования. 

7. Проверьте систему на стабильность, задавая ступенчато различные значения скорости,чтобы гарантировать, что при наихудшей отработке задания система является стабильной

 Методы нахождения коэффициентов ПИД-регулятора