Практичні поради з налаштування під-регулятора, lazy smart

В даній статті наведені основні принципи і правила настройки коефіцієнтів ПІД-регулятора з точки зору практичного застосування. Теоретичні основи можна прочитати ось в цій статті.

Для простоти викладу розглянемо регулятори на прикладі. Припустимо, необхідно підтримувати температуру в приміщенні за допомогою обігрівача, керованого регулятором. Для вимірювання поточної температури використовуємо термопару.

завдання настройки

Налаштування регулятора виробляється з однією єдиною метою: підібрати його коефіцієнти для даного завдання таким чином, щоб регулятор підтримував величину фізичного параметра на заданому рівні. У нашому прикладі фізична величина - це температура.

Припустимо поточна температура в приміщенні 10 ° С, а ми хочемо, щоб було 25 ° С. Ми включаємо регулятор і він починає керувати потужністю обігрівача таким чином, щоб температура досягла необхідного рівня. Подивимося як це може виглядати.

На даному малюнку червоним кольором показана ідеальна крива зміни температури в приміщенні при роботі регулятора. Фізична величина плавно, без стрибків, але в той же час досить швидко підходить до заданого значення. Оптимальний час, за який температура може досягти заданої позначки, визначити досить складно. Воно залежить від багатьох параметрів: розмірів кімнати, потужності обігрівача і ін. В теорії це час можна розрахувати, але на практиці частіше за все це визначається експериментально.

Чорним кольором показаний графік зміни температури в тому випадку, якщо коефіцієнти підібрані зовсім погано. Система втрачає стійкість. Регулятор при цьому йде «в рознос» і температура «йде» від заданого значення.

Розглянемо більш сприятливі випадки.

На цьому малюнку показані графіки, далекі від ідеального. У першому випадку спостерігається сильне перерегулювання: температура занадто довго «скаче» щодо уставки, перш ніж досягти її. У другому випадку регулювання відбувається плавно, але занадто повільно.

А ось і прийнятні криві:

Дані криві теж не ідеальні, але можуть бути полічені за задовільні.

В процесі настройки регулятора, користувачеві необхідно прагнути отримати криву, близьку до ідеальної. Однак, в реальних умовах зробити це не так-то просто - доводиться довго і болісно підбирати коефіцієнти. Тому найчастіше зупиняються на «прийнятною» кривої регулювання. Наприклад, в нашому прикладі нас могли б влаштувати коефіцієнти регулятора, при яких задана температура досягалася б за 15-20 хвилин з максимальним перерегулюванням (максимальними «стрибками» температури) 2 ° С. А ось час досягнення уставки більше години і максимальні «стрибки» температури 5 ° С - нас би не влаштували.

Далі поговоримо про те, як підібрати коефіцієнти для досягнення оптимального регулювання. Рекомендується налаштовувати коефіцієнти в тому ж порядку, в якому це описано.

Налаштовуємо пропорційний коефіцієнт

Виставляємо диференційний та інтегральний коефіцієнти в нуль, тим самим забираючи відповідні складові. Пропорційний коефіцієнт виставляємо в 1.

Далі потрібно задати значення уставки температури відмінне від поточної і подивитися, як регулятор буде змінювати потужність обігрівача, щоб досягти заданого значення. Характер зміни можна відстежити «візуально», якщо у вас вийде подумки уявити цей графік. Або можна реєструвати в таблицю виміряне значення температури кожні 5-10 секунд і за отриманими значенням побудувати графік. Потім потрібно проаналізувати отриману залежність відповідно до малюнком:

При великому перерегулюванням, необхідно зменшувати пропорційний коефіцієнт, а якщо регулятор довго досягає уставки - збільшувати. Так збавляючи-додаючи коефіцієнт необхідно отримати графік регулювання якомога ближче до ідеального. Оскільки досягти ідеалу вдасться навряд чи, краще залишити невелике перерегулювання (його можна буде скорегувати іншими коефіцієнтами), ніж тривале наростання графіка.

Налаштовуємо диференційний коефіцієнт

Поступово збільшуючи диференціальну складову, необхідно домогтися зменшення або повного зникнення «стрибків» графіка (перерегулирования) перед виходом на уставку. При цьому крива повинна стати ще більше схожа на ідеальну. Якщо занадто сильно завищити диференційний коефіцієнт, температура при виході на уставку буде рости не плавно, а стрибками (як показано на малюнку).

При появі таких стрибків необхідно припинити збільшення диференціального коефіцієнта.

Налаштовуємо інтегральний коефіцієнт

При налаштуванні двох попередніх коефіцієнтів можна отримати практично ідеальну криву регулювання або близьку до неї криву, що задовольняє умовам завдання. Однак, як правило виникає так звана «статична помилка». При цьому в нашому прикладі температура стабілізується на на заданому значенні 25 ° С, а на дещо нижчому значенні. Справа в тому, що якщо температура стане рівною уставці (тобто різниця поточної і заданої температур стане дорівнює 0), то пропорційна і диференціальна складова дорівнюватимуть нулю (див. Функцію перетворення ПІД-регулятора). При цьому потужність регулятора теж стане дорівнює 0 і він почне остигати.

Для того щоб виключити цей ефект, використовують інтегральну складову. Її необхідно поступово збільшувати до зникнення статичної помилки. Однак, надмірне її збільшення теж може привести до виникнення стрибків температури.

висновок

Налаштування ПІД-регулятора досить складний і трудомісткий процес. На практиці досить важко досягти оптимального регулювання і часто в цьому немає необхідності. Найчастіше досить домогтися такого виду перехідного процесу, який влаштує Вирішення проблеми поточного завдання.