Пид-регулятор - методика настройки

Методика настройки ПИД-регулятора

Выбор алгоритма управления и его настройка является основной задачей в процессе проектирования и последующего удовлетворительного запуска агрегата в промышленную или иную эксплуатацию.

В основе методики лежит закон Циглера-Никольса, являющийся эмпирическим и основанным на использовании данных, полученных экспериментально на реальном объекте.

В результате ознакомления с методикой, а также при близком рассмотрении объектов регулирования, были выбраны формулы и коэффициенты ближе всего подходящие к реальному объекту регулирования.

Объект регулирования – камерная электрическая печь. Число зон регулирования от 24 до 40. Каждая зона есть набор электронагревателей. Материал нагревателей нихром. Тип — проволочные, навитые на керамические трубки.

Требования: поддержание температуры по зонам печи +/- 5С.

МЕТОДИКА:

Настройка пропорциональной компоненты (Xp)

Перед настройкой зоны пропорциональности интегральная и дифференциальная компоненты отключаются:

Постоянная интегрирования устанавливается минимально возможной (Ти =0),
Постоянная дифференцирования минимально возможной (Тд = 0).

Тο — начальная температура в системе;
Тsp — заданная температура (уставка);
∆T — размах колебаний температуры;
∆t — период колебаний температуры.

Меняем значение пропорциональной составляющей Xp от минимума (0) до момента, пока не появятся устойчивые колебания системы с периодом ∆t.

Система должна находится в постоянном колебательном процессе, притом колебательный процесс незатухающий, где ∆T– характеристика колебания равная значению величины рассогласования (±10С, или как по заданию). Колебания должны быть одинаковы от Тsp.

После получения данной кривой на нашем объекте, засекаем время периода колебаний ʌt – полный период. Данное время есть характеристика системы, оборудования.

3. Используя полученные параметры рассчитываем Ти и Тд.

	Зона пропорциональности	Коэффициент передачи	Постоянная времени интегрирования	Постоянная времени дифференцирования
П-регулятор	2*PBs	0.5*Xp
ПИ-регулятор	2.2*PBs	0.45*Xp	0.83*ʌТ
ПИД-регулятор	1.67*PBs	0.6*Xp	0.5*ʌТ	0.125*ʌТ

Цифры в формулах для расчета коэффициентов ПИД-регулирования скорректированы на основе запуска камерной электрической печи в опытно-промышленную эксплуатацию. И конечно в зависимости от типа объекта регулирования могут незначительно меняться.

Задачи ПИД-регулятора в системах АСУ ТП

Основная задача ПИД регулятора состоит в поддержании определенного значения параметра технологического процесса на заданном уровне. То есть говоря простым языком, задача ПИД-регулятора заключается в том, чтобы учитывая полученные значения с датчиков (обратная связь) воздействовать на объект управления, плавно подводя регулируемое значение к заданным уставкам. Применение ПИД регуляторов целесообразно, а зачастую и единственно возможно в процессах, где необходима высокая точность переходных процессов, непрерывный контроль и регулирование заданных параметров, недопустимы значительные колебания в системе.

Не все проблемы из-за плохих настроек PID

Перед настройкой PID, вы должны изучить и другие данные:

Вибрация

Не все колебания вызваны высоким значением P. Перед настройкой PID вам необходимо максимально устранить источники вибрации на вашем дроне. Например, балансировка двигателей и пропеллеров, жесткость рамы и т. д.

Центр тяжести (CG)

Центр тяжести должен быть ровно посередине, между всеми 4-мя двигателями. Плохая центровка приведет к тому, что одни двигатели будут работать больше, чем другие, отсюда перегрев моторов и плохая стабильность полета. Например, аккумулятор находится в задней части, вместо расположение по-середине и поэтому задние моторы будут работать на 100%, а передние на 80%. Вся масса на квадрокоптере должна быть отцентрована и расположена равномерно. По этой причине Х-образные рамы самые популярные.

Настраиваем пропорциональный коэффициент

Выставляем дифференциальный и интегральный коэффициенты в ноль, тем самым убирая соответствующие составляющие. Пропорциональный коэффициент выставляем в 1.

Далее нужно задать значение уставки температуры отличное от текущей и посмотреть, как регулятор будет менять мощность обогревателя, чтобы достичь заданного значения. Характер изменения можно отследить «визуально», если у вас получится мысленно представить этот график. Либо можно регистрировать в таблицу измеренное значение температуры каждые 5-10 секунд и по полученным значением построить график. Затем нужно проанализировать полученную зависимость в соответствии с рисунком:

Настраивание ПИД-регулятора.

Для моторной управляемости системы настраивание ПИД-регулятора бывает сложным процессом. Расскажем, какие шаги для настройки могут сделать проще эту процедуру.

1. Определите значение дифференциальной и интегральной равной нулю. Определите наибольшую скорость и контролируйте системную реакцию.
2. Повышайте составляющую прямопропорционально и выполните первый пункт. Продолжайте действия до момента начала процесса с автоматическими колебаниями возле точки определения скорости.
3. Снижайте пропорциональную величину, пока система не стабилизируется. Волны колебаний начнут затухать.
4. Определите пропорциональную величину около 15% меньше этого постоянного пункта.
5. Определяйте наибольшую скорость прерывисто, повышайте суммирующую составляющую до начала уменьшения колебаний скорости перед стабильным состоянием системы. Снижайте суммирующую составляющую до достижения системой определенной скорости без ошибки и колебаний.
6. Во многих системах настраивание составляющей дифференциального вида не нужно. Если нужно быстродействие системы больше, то можно достигнуть этого путем настройки составляющей дифференциального вида. Устанавливайте скорость по интервалам, повышайте составляющую дифференциального вида, пока не стабилизируется система с наименьшим временем действия (повышайте медленно, избегая состояния нестабильности). Система станет оптимальной при одном перерегулировании.
7. Контролируйте стабильность системы, устанавливая значения скорости с интервалами и периодами для гарантированной стабильности системы при плохом исполнении задания.

Четырехзвенный шарнирный механизм: синтез системы управления

Четырехзвенный шарнирный механизм (рис. 1) имеет широкий спектр применения. Например, он используется в подвеске автомобилей, исполнительных механизмах роботов и шасси самолетов. Система управления состоит из двух контуров: контура прямой связи и ПИД-регулятора в контуре управления обратной связи. Регулятор управления прямой связи инвертирует динамику объекта — он обрабатывает основное движение механизма, учитывая нелинейные характеристики. ПИД-регулятор в контуре обратной связи минимизирует ошибки позиционирования с учетом погрешностей моделирования и внешних возмущений

В этой статье основное внимание уделяется разработке ПИД-регулятора в контуре управления с обратной связью

Рис. 1. Четырехзвенный шарнирный механизм (неподвижный нижний рычаг выделен синим цветом)

При наличии расхождения между желаемым и фактическим углом поворота одного из рычагов ПИД-регулятор получает сигнал ошибки и формирует корректирующее управление крутящим моментом (рис. 2). Это корректирующее управление суммируется с заданием по крутящему моменту, формируемым регулятором прямой связи, и суммарный сигнал используется для управления электродвигателем постоянного тока, который вращает шарнир, соединяющий рычаги. Регулятор должен стабилизировать работу объекта. Он также должен обеспечить малое время отклика и небольшое перерегулирование. Поскольку регулятор будет реализован в 16-разрядном процессоре для обработки данных в арифметике с фиксированной точкой, необходимо применять дискретизацию по времени, а коэффициенты усиления и рассчитываемые сигналы должны иметь соответствующие диапазоны значений.

Рис. 2. Архитектура регулятора четырехзвенного шарнирного механизма

Общие рекомендации для настроек ПИД-регуляторов

Регулируемый клапан должен находиться примерно в среднем положении, иначе регулятор не будет работать.
Все настройки проводятся в зоне шкалы, которая будет использоваться для работы.
По завершении настроек проверяется устойчивость работы регулятора в разных режимах. При наличии скачков коэффициент усиления следует уменьшить.

Что такое ПИД-регулятор

Регулятор тока

Подключение и настройка УЗМ-51М

Регулятор мощности

Как подключить выключатель с регулятором яркости

Регулятор скорости вентилятора

http://lazysmart.ru/osnovy-avtomatiki/nastrojka-pid-regulyatora/
https://electric-220.ru/news/nastrojka_pid_reguljatora/2018-04-14-1491
https://automatix.ru/articles/

Настройка ПИД-параметров

Целью настройки параметров ПИД-регулятора является обеспечение того, чтобы контур управления корректировал влияние возмущений эффективно и за минимальное время; должен быть достигнут минимальный интеграл ошибки. Если параметры ПИД-регулятора (коэффициент усиления пропорционального, интегрального и производного) выбраны неправильно, управляемый процесс может быть неустойчивым, например, его выходной сигнал изменяется с колебаниями или без них и ограничивается только насыщением . или механический разрыв. Отрегулируйте контур управленияэто означает настройку параметров системы управления на оптимальные значения для желаемой реакции системы управления. Оптимальное поведение перед изменением процесса или изменением «уставки» варьируется в зависимости от приложения. Как правило, перед реакцией контроллера требуется стабильность, и она не должна колебаться перед любой комбинацией условий процесса и изменением «уставок». Некоторые процессы имеют определенную степень нелинейности, а некоторые параметры, которые хорошо работают в условиях полной нагрузки, плохо работают, когда процесс находится в состоянии «без нагрузки». Существует несколько способов настройки ПИД-контура. Наиболее эффективный метод обычно требует разработки модели процесса в той или иной форме, а затем выбора P, I и D на основе параметров динамической модели.Ручные методы настройки могут быть очень неэффективными. Выбор метода будет зависеть от того, можно ли «отключить» шлейф для регулировки, и от времени отклика системы. Если систему можно отключить, лучшим методом настройки часто является настройка входа, измерение выхода как функции времени и использование этого отклика для определения параметров управления. Теперь опишем, как выполнить ручную настройку.Теперь опишем, как выполнить ручную настройку.Теперь опишем, как выполнить ручную настройку.

ручная регулировка

Если система должна оставаться «в сети» , один из методов настройки заключается в том, чтобы сначала установить значения I и D на ноль. Затем увеличивайте P до тех пор, пока выход цикла не начнет колебаться. Затем установите P примерно на половину ранее установленного значения. Затем увеличивайте I до тех пор, пока процесс не уложится в требуемое время (хотя слишком большое увеличение I может вызвать нестабильность). Наконец, увеличивайте D, если это необходимо, пока контур не станет достаточно быстрым, чтобы достичь исходного значения после внезапного изменения нагрузки.

Очень быстрый контур ПИД-регулятора быстро достигает заданного значения , а не очень быстрый контур ПИД-регулирования достигает заданного значения не так быстро. Некоторые системы не способны воспринять этот внезапный триггер; В этих случаях требуется еще один контур с P менее половины P предыдущей системы управления.

Метод Циглера-Николса

Метод Циглера-Николса позволяет провести испытание управляемой системы, и на основе этого испытания рассчитываются необходимые параметры ПИД-регулятора для достижения хорошего быстрого отклика с небольшим перерегулированием.

Настройка ПИД-регулятора в преобразователях частоты

Частотные преобразователи – устройства для изменения момента и скорости вращения электродвигателей переменного тока различной конструкции. Современные ПЧ комплектуются функциями ПИ и ПИД-регуляторами. Устройства широко применяют в автоматизированных электроприводах промышленного оборудования различного назначения.

Рассмотрим настройку ПИД-регулятора на примере частотного преобразователя «Данфосс» серии VLT AutomationDrive FC 360.

Для настройки предусмотрены несколько параметров:

7-00. Параметр устанавливает вход для сигнала обратной связи с датчика скорости.
7-02. Осуществляет настройку скорости регулирования, при превышении характеристики возможны расходящиеся автоколебания.
7-03. Настройка интегральной составляющей, чем меньше ее величина, тем выше скорость реакции. Этим же параметром настраивается величина статической ошибки.
7-04. Настраивает дифференциальный коэффициент, отвечающий за регулирование скорости двигателя, пропорционально скорости изменения сигнала обратной связи с датчика. Установка нулевого значения отключает дифференцирующее звено.
7-05. Настройка усиления дифференцирующего звена. Регулируя параметр, добиваются приемлемой постоянной времени дифференцирования для разных скоростей изменения контролируемого параметра.
7-06. Настройка фильтрации нижних частот для подавления автоколебаний сигнала с датчика скорости. Улучшает характеристики регулятора в установившемся режиме.
ПИД-регулятор в ПЧ используется для поддержания постоянной частоты вращения двигателя при изменяющейся нагрузке. Функцию также можно применять для регулирования технологических параметров с обратной связью по сигналу с датчика давления, температуры, расхода и т.д.

Важность стабильного питания [править]

При активном маневрировании, например, резком сбросе уровня газа и затем мгновенный «газ в пол», а также резких кренах и рыскании (всё это весьма характерно для гоночных FPV-миникоптеры) — регуляторы моторов, и, в конечном счёте, аккумуляторы испытывают пики нагрузок, что неизбежно приводит к «пиковому» же падению (просадке) напряжения на аккумуляторе в эти моменты. Особенно, если применяется пониженное напряжение (например, 3S вместо возможных для регулятора и мотора 4S) или просто при использовании разряженного или сильно изношенного аккумулятора. Это оказывает значительное воздействие на PID-регулирование следующим образом. Коптер может быть хорошо настроен на плавный полёт, висение. Но в какой-то момент по результатам вычислений или по управляющему сигналу пилота полётный контроллер даёт резкий газ, который вызывает просадку напряжения, из-за чего двигатель не успевает раскрутиться как того ожидает полётный контроллер (видя показания датчиков положения в пространстве), поэтому контроллер добавляет ещё газу, доводит до нужного положения для стабилизации и тут с уменьшением и выравниванием нагрузки напряжение подскакивает вместе с оборотами, получается перерегулирование и здесь нужно уже обратное действие — погасить лишнее перемещение коптера силой в обратную сторону, но работает всё так же, запуская циклический процесс перерегулирования. На практике, в реальном полёте это будет означать вялые и размазанные резкие, нелинейные движения, отличающиеся от того как это, казалось, было хорошо настроено в висении возле пилота.

Как с бороться с этим эффектом:

Самое правильное — применять аккумуляторы с максимальным напряжением для конкретного мотора. Если мотор рассчитан максимум под 4S-аккумуляторы, то использовать следует именно их. Разумеется, если при этом пропеллер слишком большого диаметра или шага не перегрузит мотор. Но в таком случае лучше будет подобрать оптимальный пропеллер под связку мотор+аккумулятор.
В любом случае полезно применять фильтрующие электролитические конденсаторы на регуляторах, а также на общей шине питания — большой ёмкости.
В крайнем случае придётся учитывать это в настройках PID, занижая значение параметра D.
При возможности увеличивать частоту опроса гироскопа.

Не все проблемы из-за плохих настроек PID

Перед настройкой PID, вы должны изучить и другие данные:

Вибрация

Центр тяжести (CG)

Задача настройки

Настройка регулятора производится с одной единственной целью: подобрать его коэффициенты для данной задачи таким образом, чтобы регулятор поддерживал величину физического параметра на заданном уровне. В нашем примере физическая величина — это температура.

Допустим текущая температура в помещении 10 °С, а мы хотим, чтобы было 25°С. Мы включаем регулятор и он начинает управлять мощностью обогревателя таким образом, чтобы температура достигла требуемого уровня. Посмотрим как это может выглядеть.

На данном рисунке красным цветом показана идеальная кривая изменения температуры в помещении при работе регулятора. Физическая величина плавно, без скачков, но в тоже время достаточно быстро подходит к заданному значению. Оптимальное время, за которое температура может достигнуть заданной отметки, определить довольно сложно. Оно зависит от многих параметров: размеров комнаты, мощности обогревателя и др. В теории это время можно рассчитать, но на практике чаще всего это определяется экспериментально.

Чёрным цветом показан график изменения температуры в том случае, если коэффициенты подобраны совсем плохо. Система теряет устойчивость. Регулятор при этом идёт «в разнос» и температура «уходит» от заданного значения.

Рассмотрим более благоприятные случаи.

На этом рисунке показаны графики, далёкие от идеального. В первом случае наблюдается сильное перерегулирование: температура слишком долго «скачет» относительно уставки, прежде чем достичь её. Во втором случае регулирование происходит плавно, но слишком медленно.

А вот и приемлемые кривые:

Данные кривые тоже не идеальны, но могут быть сочтены за удовлетворительные.

В процессе настройки регулятора, пользователю необходимо стремиться получить кривую, близкую к идеальной. Однако, в реальных условиях сделать это не так-то просто — приходится долго и мучительно подбирать коэффициенты. Поэтому зачастую останавливаются на «приемлемой» кривой регулирования. Например, в нашем примере нас могли бы устроить коэффициенты регулятора, при которых заданная температура достигалась бы за 15-20 минут с максимальным перерегулированием (максимальными «скачками» температуры) 2 °С. А вот время достижение уставки более часа и максимальные «скачки» температуры 5 °С — нас бы не устроили.

Как работают значения PID, их изменение

Как правило, изменение значений ПИД (усиления) оказывает влияние на поведение квадрокоптера:

Усиление P

P определяет, насколько жестко контроллер полета исправляет погрешности, чтобы достичь желаемой траектории полета. Этот параметр регулирует чувствительность и отзывчивость на изменения положения стиков. Чем выше это число, тем выше чувствительность и отзывчивость.

Более высокий коэффициент Р, означает более четкое управление, в то время как низкий Р — более мягкое и плавное управление. Но если это значение слишком большое, дрон станет слишком чувствительным и начнет сам себя корректировать, а также начнутся колебания значений положения стиков.

Можно снизить P, чтобы уменьшить колебания, но тогда дрон будет нечетко выполнять ваши команды, поэтому нужно будет поиграть с I и D, чтобы это компенсировать.

Усиление I

Значение I определяет, насколько сильно он будет поддерживать квадрокоптер при воздействии внешних факторов, таких как ветер и смещение центра тяжести, например.

Это настройка жесткости при поворотах квадрокоптера.

Обычно, настройки по умолчанию вполне хорошо справляются с этим, но если вы заметили некоторый дрейф дрона без вашей команды, то увеличьте немного значение I. Если значение будет слишком низкое, вам часто придется исправлять траекторию полета дроном, особенно, если вы часто меняете уровень газа.

Если значение I будет слишком высокое, то поведение квадрокоптера будет «деревянным», он будет слабо реагировать на ваши изменения положения стика на пульте. Никакие регуляторы оборотов, двигатели и пропеллеры не одинаковы, каждый на какую-то часть, но работает по-своему, поэтому когда вы даете резкий газ, а потом резко опускаете стик газа, один двигатель будет останавливаться быстрее другого и наоборот, все это вызывает провалы в положении квадрокоптера в воздухе, один двигатель еще имеет тягу, а другой уже нет.

Таким образом, I используется для исправления таких мелких проблем.

Усиление D

D работает как демпфер (глушитель, гаситель) и уменьшает чрезмерную коррекцию и регулирование коэффициента P. Увеличивая значение D, вы смягчаете воздействие Р, как бы добавляя «пружину» и также минимизирует вибрацию пропеллеров.

Если D будет слишком маленьким, то дрон будет как бы «отскакивать» назад в конце флипов и кренов, а также у вас будет сильная вибрация, вызванная вертикальным снижением.

Слишком большое значение тоже приводит к вибрациям. В попытке стабилизировать квадркоптер, полетный контроллер будет командовать регуляторам оборотов, чтобы те то прибавляли обороты двигателям, то уменьшали с такой скоростью (в смысле быстрее-медленнее), что из-за этого двигатели перегреются и сгорят. Вибрация также будет действовать на контроллер полета и со временем ситуация будет ухудшаться.

Еще одним побочным эффектом от D является то, что квадрокоптер становится «мягким», то есть реакция на команды слишком вялая.

Возможно, вам также будет интересно

Компания Maxim Integrated Products, Inc. (США) была основана в 1983 году Джеком Гиффордом (Jack Gifford) и рядом ведущих ученых и отраслевых экспертов в области полупроводников и интегральных микросхем (ИМС). Компания быстро и успешно вышла на рынок. В 1994 году с целью дальнейшего развития производственных мощностей и расширения ассортимента выпускаемой продукции Maxim Integrated приобрела подразделение полупроводников компании Tektronix, в 2001‑м стала владельцем Dallas Semiconductor, а впоследствии еще и выкупила некоторые производственные мощности таких

Начало статьи. Как уже говорилось в предыдущих публикациях, в процессе разработки печатной платы должны учитываться возможности доступной технологии ее производства. При этом под «доступностью» здесь следует понимать доступность в заданных временных, финансовых и организационных рамках. Технологические ограничения особенно важны на этапе трассировки печатной платы. Поэтому перед началом данного процесса следует изучить технологические нормы предполагаемого завода-изготовителя

Рассмотрены новые возможности анализа полупроводниковых приборов и структур, предоставляемые измерителем параметров ИППП-1 при совместном использовании с графическим постпроцессором Probe.

Синтез замкнутой системы и настройка регулятора

Состоящая из четырех рычагов модель механизма моделируется в SimMechanics, а двигатель постоянного тока моделируется в SimElectronics. Для создания архитектуры регулятора, показанной на рис. 2, следует добавить блок ПИД-регулятора с дискретизацией по времени из библиотеки Simulink Discrete. Теперь, когда система управления с обратной связью создана, можно перейти к настройке регулятора.

Для этого требуется открыть диалоговое окно блока PID Controller («ПИД-регулятор»), указать период дискретизации и нажать кнопку Tune («Настройка»). Откроется окно PID Tuner (рис. 3).

Рис. 3. Окно настройки PID Tuner, открытое с помощью диалогового окна блока

Интерфейс настройки Simulink Control Design линеаризует объект в текущей рабочей точке и строит линейную модель объекта с постоянными параметрами (LTI), с которой взаимодействует блок ПИД-регулятора в замкнутом контуре управления. Вычислительная задержка, связанная с дискретизацией сигнала, учитывается автоматически. Используя метод автоматической настройки, интерфейс Simulink Control Design вычисляет первоначальные коэффициенты усиления ПИД-регулятора. Этот метод не накладывает никаких ограничений на порядок объекта или постоянную времени, причем он работает в областях как непрерывного, так и дискретного времени.

Рис. 4. Первоначальные параметры, рассчитанные PID Tuner

На рис. 4 показана реакция на ступенчатое воздействие в рабочей точке замкнутой системы с первоначальными коэффициентами ПИД-регулятора. Если регулятор работает удовлетворительно, следует нажать кнопку Apply («Применить»), чтобы обновить значения коэффициентов усиления P, I, D и N в диалоговом окне блока PID Controller («ПИД-регулятор»). Затем можно проверить работу системы, моделируя нелинейности и контролируя результаты (рис. 5). Также можно произвести настройку в интерактивном режиме с помощью ползунка, увеличивая или понижая быстродействие регулятора (рис. 4).

Рис. 5. Результаты моделирования модели четырехзвенного шарнирного механизма

Составляющие ПИД-регулятора

В стандартном ПИД-регуляторе есть три составляющие и каждая из них по своему воздействует на управление.

Пропорциональная — P (t) = Kp * e (t)

Учитывает величину рассогласования заданного значения и фактического. Чем больше отклонения значения, тем больше будет выходной сигнал, то есть пропорциональная составляющая пытается компенсировать эту разницу.

Однако пропорциональный регулятор не способен компенсировать полностью ошибку рассогласования. Всегда будет присутствовать так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. При увеличении коэффициента пропорциональности Kp статическая ошибка уменьшается, но могут возникнуть автоколебания и снижение устойчивости системы.

Интегральная – I (t) = Ki ∫e (t) dt

Интегральная составляющая используется для устранения статической ошибки. Она складывает значение предыдущих ошибок рассогласования и компенсирует их, можно сказать, что учится на предыдущих ошибках. То есть ошибка рассогласования умножается на коэффициент интегрирования и прибавляется к предыдущему значению интегрирующего звена. При выходе системы на заданный режим, интегральная составляющая перестает изменяться и не оказывает какого-либо серьезного воздействия на систему. Физически интегральная составляющая представляет задержку реакции регулятора на изменение величины рассогласования, внося в систему некоторую инерционность, что может быть полезно для управления объектами c большой чувствительностью.

Дифференциальная – D (t) = Kd de (t)/dt

Дифференциальная составляющая учитывает скорость изменения регулируемой величины, противодействуя предполагаемым отклонениям, вызванными возмущениями системы или запаздыванием. И чем больше будет величина отклоняться от заданной, тем сильнее будет противодействие, оказываемое дифференциальной составляющей. То есть она предугадывает поведение системы в будущем. При достижении величины рассогласования постоянного значения дифференциальная составляющая перестает оказывать воздействие на управляющий сигнал.

На практике какая-либо из составляющих может не использоваться (чаще всего Д-дифференциальная) и тогда мы получаем П-регулятор, ПИ-регулятор.

Настраивание ПИД-регулятора общего вида

Для такого поддержания давления существует прибор, который называется регулятором задания. Давление в трубах на датчике идет в сравнение с параметром заданного давления. Регулятор сравнивает системное давление с давлением задания, определяет задачу скорости для двигателя для изменения ошибки. Простой вид регулятора применяет план действий ПИД-регулирования. В нем применяются три составляющие типа регуляторов для удаления ошибки: дифференциальный, интегральный и пропорциональный регулятор.

Регулятор пропорционального типа

Такой регулятор – главный, скорость задается в прямой зависимости от ошибки. При применении пропорционального регулятора система будет иметь ошибку. Малые значения коэффициента регулятора пропорционального типа дают вялость системы, а высокие параметры к колебаниям и нестабильности системы.

Регулятор интегрального типа

Такой регулятор применяется для удаления ошибки. Скорость увеличится до удаления ошибки (снизится при негативной ошибке). Небольшие значения суммирующей составляющей слишком оказывают влияние на деятельность регулятора в общем. При установлении больших значений происходит промахивание системы, она функционирует с перерегулированием.

Регулятор дифференциального типа

Такой регулятор измеряет скорость корректировки ошибки, применяет для повышения системного быстродействия, увеличивает регуляторное быстродействие в общем. Во время увеличения быстродействия регулятора повышается перерегулирование. Это обуславливает к системной нестабильности. Во многих случаях составляющая дифференциальная становится равной нулю или близкой к наименьшему значению для того, чтобы предотвратить это состояние. Она бывает полезной в позиционирующей системе.

Метод настройки по отклику

Данная методика настройки регулятора предполагает следующий порядок действий:

Прежде чем настраивать регулятор, он устанавливается в ручной рабочий режим. Затем необходимо дождаться стабилизации процесса и один раз изменить выходной сигнал Х, выведенный на регулировочный клапан. За счет этого можно добиться наиболее приемлемого отклика переменной Y, отвечающей за технологический процесс. Получается настраиваемая величина, влияющая на ход общих настроек.
После того как получен отклик, выходной параметр сигнала регулятора возвращается в исходное положение. В такое же состояние приходит и переменная технологического процесса. В норме разница между обоими показателями должна быть незначительная. Если же различие слишком существенное, попытку отклика следует повторить.
Далее устанавливается величина коэффициентов ПИД усиления процесса по формуле Кр = Y/Х, а также временная константа Т и время запаздывания d. Для этого верхний и нижний отклики берутся по усредненным значениям.
Расчет параметров ПИД-регулятора, в том числе настроечных коэффициентов выполняется по специальной формуле: К = 2Т + d/Кр (2Е + d). По ней вычисляется пропорциональный коэффициент. В свою очередь, постоянная интегрирования определяется по формуле: Ti = Т + d/2, а постоянная дифференцирования – Td = Т/(2Т + d). Здесь Кр является коэффициентом усиления процесса, d – временем запаздывания реакции процесса (мин), Т – временной константой процесса (мин), Е – заданной временной константой замкнутого контура (мин).
Минимально возможный промежуток времени, в течение которого процесс приводится к заданному, рассчитывается по формулам Кр = Y/Х и Е = Т + d. Чтобы сделать работу регулятора более устойчивой, временную константу Е необходимо увеличить.

Если используются каскадные регуляторы, то вначале следует настроить ведомый регулятор, а затем – ведущий. Разница между временными константами ведущего и ведомого регуляторов довольно существенная. У первого устройства она больше, чем у второго примерно в 5 раз.

Четырехзвенный шарнирный механизм: синтез системы управления

Четырехзвенный шарнирный механизм (рис. 1) имеет широкий спектр применения. Например, он используется в подвеске автомобилей, исполнительных механизмах роботов и шасси самолетов.
Система управления состоит из двух контуров: контура прямой связи и ПИД-регулятора в контуре управления обратной связи. Регулятор управления прямой связи инвертирует динамику объекта — он обрабатывает основное движение механизма, учитывая нелинейные характеристики. ПИД-регулятор в контуре обратной связи минимизирует ошибки позиционирования с учетом погрешностей моделирования и внешних возмущений

В этой статье основное внимание уделяется разработке ПИД-регулятора в контуре управления с обратной связью

Рис. 1. Четырехзвенный шарнирный механизм (неподвижный нижний рычаг выделен синим цветом)

Рис. 2. Архитектура регулятора четырехзвенного шарнирного механизма