Diferenciálny proporcionálno-integrálny regulátor je zariadenie, ktoré je inštalované v automatizovaných systémoch na udržanie daného parametra, ktorý sa môže meniť.
Na prvý pohľad je všetko neprehľadné, ale PID riadenie sa dá vysvetliť aj pre figuríny, t.j. ľudí, ktorí nie sú celkom oboznámení s elektronickými systémami a zariadeniami.
Obsah
Čo je PID regulátor?
PID regulátor je zariadenie zabudované do regulačnej slučky s povinnou spätnou väzbou. Je navrhnutý tak, aby udržiaval nastavené úrovne nastavených hodnôt, ako je teplota vzduchu.
Zariadenie dodáva riadiaci alebo výstupný signál do riadiaceho zariadenia na základe údajov prijatých zo snímačov alebo snímačov. Kontroléry majú vysokú mieru presnosti prechodných procesov a kvalitu úlohy.
Tri koeficienty PID regulátora a princíp činnosti
Úlohou PID regulátora je poskytnúť výstupný signál o množstve energie potrebnej na udržanie regulovanej veličiny na danej úrovni. Na výpočet ukazovateľa sa používa zložitý matematický vzorec, ktorý zahŕňa 3 koeficienty - proporcionálny, integrálny, diferenciálny.
Zoberme si ako predmet regulácie nádobu s vodou, v ktorej je potrebné udržiavať teplotu na danej úrovni nastavením stupňa otvorenia ventilu parou.
Pomerná zložka sa objaví v momente nesúhlasu so vstupnými údajmi. Jednoducho povedané, znie to takto - odoberie sa rozdiel medzi skutočnou teplotou a požadovanou teplotou, vynásobí sa nastaviteľným koeficientom a získa sa výstupný signál, ktorý by sa mal aplikovať na ventil. Tie. akonáhle stupne klesnú, spustí sa proces ohrevu, stúpajú nad požadovanú značku - vypne sa alebo dokonca ochladí.
Potom prichádza na rad integrálna zložka, ktorá je určená na kompenzáciu vplyvu okolia či iných rušivých vplyvov na udržanie našej teploty na danej úrovni. Pretože vždy existujú ďalšie faktory, ktoré ovplyvňujú riadené zariadenia, údaj sa mení už v čase, keď sú prijaté údaje na výpočet proporcionálnej zložky. A čím väčší je vonkajší vplyv, tým silnejšie sú výkyvy ukazovateľa. Vyskytujú sa prepätia napájania.
Integrálny komponent sa snaží na základe minulých hodnôt teploty vrátiť svoju hodnotu, ak sa zmenila. Proces je podrobnejšie opísaný vo videu nižšie.
Potom sa výstupný signál regulátora podľa koeficientu aplikuje na zvýšenie alebo zníženie teploty. V priebehu času sa vyberie hodnota, ktorá kompenzuje vonkajšie faktory, a skoky zmiznú.
Integrál sa používa na odstránenie chýb výpočtom statickej chyby. Hlavná vec v tomto procese je vybrať správny koeficient, inak chyba (nesúlad) ovplyvní aj integrálnu zložku.
Treťou zložkou PID je diferenciátor. Je navrhnutý tak, aby kompenzoval vplyv oneskorení, ktoré sa vyskytujú medzi dopadom na systém a spätnou väzbou. Proporcionálny regulátor dodáva energiu, kým teplota nedosiahne požadovanú úroveň, ale pri prechode informácií do zariadenia, najmä pri veľkých hodnotách, vždy dochádza k chybám. To môže viesť k prehriatiu. Diferenciál predpovedá odchýlky spôsobené oneskorením alebo vplyvom prostredia a vopred zníži dodávaný výkon.
Ladenie PID regulátora
Ladenie PID regulátora sa vykonáva 2 spôsobmi:
- Syntéza zahŕňa výpočet parametrov na základe modelu systému. Toto nastavenie je presné, ale vyžaduje hlboké znalosti teórie automatického riadenia. Podlieha iba inžinierom a vedcom. Pretože je potrebné odstrániť charakteristiky spotreby a urobiť veľa výpočtov.
- Manuálna metóda je založená na pokuse a omyle. Na tento účel sa za základ berú údaje už hotového systému, vykonajú sa určité úpravy jedného alebo viacerých koeficientov regulátora. Po zapnutí a pozorovaní konečného výsledku sa parametre menia správnym smerom. A tak ďalej, kým sa nedosiahne požadovaná úroveň výkonu.
Teoretická metóda rozboru a ladenia je v praxi málo využívaná, čo je spôsobené neznalosťou charakteristík riadiaceho objektu a množstvom možných rušivých vplyvov. Častejšie sú experimentálne metódy založené na monitorovaní systému.
Moderné automatizované procesy sú implementované ako špecializované moduly pod kontrolou programov na úpravu koeficientov regulátora.
Účel PID regulátora
PID regulátor je navrhnutý tak, aby udržiaval určitú hodnotu na požadovanej úrovni - teplota, tlak, hladina v nádrži, prietok v potrubí, koncentrácia niečoho atď., a to zmenou ovládania na akčných členoch, ako sú automatické regulačné ventily, pomocou proporcionálnych, integrujúcich, diferencujúcich veličín na jeho nastavenie.
Účelom použitia je získanie presného riadiaceho signálu, ktorý je schopný riadiť veľké priemyselné odvetvia a dokonca aj reaktory elektrární.
Príklad regulácie teploty
Na reguláciu teploty sa často používajú PID regulátory, zoberme si jednoduchý príklad ohrevu vody v zásobníku a zvážme tento automatický proces.
Do nádoby sa naleje kvapalina, ktorá sa musí zahriať na požadovanú teplotu a udržiavať na danej úrovni. Vo vnútri nádrže je nainštalovaný snímač teploty - termočlánok alebo odporový teplomer a je priamo pripojený k PID regulátoru.
Na ohrev kvapaliny dodáme paru, ako je znázornené na obrázku nižšie, s automatickým regulačným ventilom. Samotný ventil prijíma signál z regulátora.Operátor zadá do PID regulátora požadovanú hodnotu teploty, ktorá musí byť udržiavaná v nádrži.
Ak nie sú koeficienty regulátora nastavené správne, dôjde k skokom teploty vody, pričom ventil je buď úplne otvorený alebo úplne zatvorený. V tomto prípade je potrebné vypočítať koeficienty PID regulátora a znova ich zadať. Ak je všetko vykonané správne, po krátkom čase systém vyrovná proces a teplota v nádrži sa bude udržiavať na danej úrovni, pričom stupeň otvorenia regulačného ventilu bude v strednej polohe.
Podobné články:
