Пид и пдд регулирование


Управление различными исполнительными устройствами

Для поддержания заданного значения регулируемого параметра при работе ЛУ в режиме «Регулятор» можно использовать разные типы исполнительных устройств, но все они могут быть условно разделены на две группы:

Нагревателем условно называют устройство, включение которого должно приводить к увеличению значения измеряемого параметра.

Холодильником называют устройство, включение которого должно приводить к уменьшению значения измеряемого параметра.

Кроме того, в некоторых ПИД-регуляторах ОВЕН существует специальный режим для управления устройствами типа «задвижка». Задвижка, в свою очередь, тоже может управлять либо нагревателем, либо холодильником.

Нагреватель («обратное» управление)

Управление процессом с помощью устройств типа «нагреватель» называют также «обратным», так как с увеличением значения регулируемого параметра уменьшается значение выходного сигнала Y. Регулятор при «обратном» управлении включается при текущих значениях Т меньших уставки Туст (при положительных отклонениях Е) и отключается при Т > Туст (см. рисунок).

Выходной сигнал регулятора и временная диаграмма выходного реле при ШИМ-управлении нагревателем

Холодильник («прямое» управление)

Управление процессом с помощью устройств типа «холодильник» называют также «прямым», так как с увеличением значения регулируемого параметра увеличивается значение выходного сигнала Y. Регулятор при «прямом» управлении включается при текущих значениях Т больших уставки Туст (при отрицательных отклонениях Е) и отключается при Т < Туст,

Одновременное управление нагревателем и холодильником

Для поддержания регулируемой величины регулятор может одновременно управлять двумя исполнительными устройствами - нагревателем и холодильником. Если в момент включения регулятора значение регулируемого параметра меньше уставки, регулятор включает нагреватель и использует это устройство до тех пор, пока величина выходного сигнала Y поменяет знак на противоположный. После этого регулятор включает холодильник.

Управление нагревателем и холодильником

Особенности работы ПИД-регулятора при управлении задвижкой (позиционно-пропорциональное регулирование)

Устройство типа «задвижка» имеет электрический привод и две пары контактов для управления направлением его вращения. При подаче управляющих сигналов на первую пару контактов задвижка перемещается в одну сторону, например, открывается, при подаче импульсов на вторую - закрывается.

Если задвижка имеет датчик положения, то регулятор вычисляет положение задвижки в процентах (Yi) и перемещает задвижку в нужное положение. При вычислении Yi в формулу для ПИД-регулятора вносятся коррективы. Считается, что двигатель задвижки - это «интегрирующее звено», и регулятором производится дополнительное дифференцирование выходного сигнала. В этом случае постоянная времени дифференцирования д не учитывается, даже если она была ранее установлена. Пропорциональная и интегральная составляющие действуют так же, как при управлении нагревателем (холодильником).

Задвижка может работать и в режиме нагревателя, и в режиме холодильника. На рисунке показана диаграмма работы выходных реле при работе задвижки в режиме нагревателя.

Измеритель-регистратор - устройство, предназначенное для преобразования измеренной величины в аналоговый сигнал тока 4...20мА. При работе в режиме «измеритель-регистратор» ЛУ преобразует входную величину в аналоговый сигнал в виде тока 4...20 мА, который можно подавать на самописец или другое регистрирующее устройство.

Тип соответствующего измерителю выходного устройства - «И» - цифроаналоговый преобразователь «параметр-ток 4...20 мА».

Принцип формирования тока регистрации показан на рисунке. При программировании прибора устанавливаются два параметра. Первый параметр - значение нижнего предела, соответствующее минимальному значению тока. Вторым параметром для разных приборов ОВЕН может быть либо диапазон регистрации, либо значение верхнего предела, соответствующее максимальному значению тока.

Выходные устройства. Выходные устройства (ВУ) предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы либо для передачи данных на регистрирующее устройство.

Выходные устройства ключевого типа. К выходным устройствам ключевого типа относятся:

  • электромагнитное реле;

  • транзисторная оптопара;

  • симисторная оптопара;

  • выход для управления внешним твердотельным реле.

Выходное устройство ключевого типа используется для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, либо через более мощные управляющие элементы, такие как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы.

Цепи ключевых выходных устройств имеют гальваническую изоляцию от схемы прибора. Исключение составляет выход «Т» для управления внешним твердотельным реле. В этом случае гальваническую изоляцию обеспечивает само твердотельное реле.

Транзисторная оптопара (выход «К») применяется, как правило, для управления низковольтным электромагнитным или твердотельным реле (до 60 В постоянного тока). Схема включения приведена на рис. 1. Во избежание выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке реле Р1 необходимо устанавливать диод VD1, рассчитанный на ток 1А и напряжение 100 В.

Симисторная оптопара (выход «С»). Оптосимистор включается в цепь управления мощного симистора через ограничивающий резистор R1 по схеме, приведенной на рис. 2. Значение сопротивления резистора определяет величина тока управления симистора.

Оптосимистор может также управлять парой встречно-параллельно включенных тиристоров VS1 и VS2 (рис. 3). Для предотвращения пробоя тиристоров из-за высоковольтных скачков напряжения в сети к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC-цепочку (R2 С1). Оптосимистор имеет встроенное устройство перехода через ноль и поэтому обеспечивает полное открытие подключаемых тиристоров без применения дополни тельных устройств.

Выход «Т» для управления твердотельным реле. Выход «Т» для управления твердотельным реле выполнен на основе транзисторного ключа n-p-n-типа (рис. 4), который имеет два состояния: низкий логический уровень соответствует напряжениям 0...1 В, высокий уровень - напряжениям 4...6 В. Выход «Т» используется для подключения твердотельного реле, рассчитанного на управление постоянным напряжением 4...6 В с током управления не более 100 мА. Внутри выходного элемента устанавливается ограничительный резистор Rогр номиналом 100 Ом.

Выходные устройства аналогового типа.

Выходное устройство аналогового типа - это цифроаналоговый преобразователь, который формирует токовую петлю 4...20 мА или напряжение 0...10 В и, как правило, используется для управления электронными регуляторами мощности.

Цепи аналоговых выходных устройств имеют гальваническую изоляцию от схемы прибора.

ЦАП 4...20 мА (выход«И»). Для работы ЦАП 4...20 мА используется внешний источник питания постоянного тока.

Если по какой-либо причине напряжение источника питания ЦАП, находящегося в распоряжении пользователя, превышает расчетное значение, то последовательно с нагрузкой необходимо включить ограничительный резистор (рис. 5). Напряжение источника питания ЦАП 4...20 мА не должно превышать 36 В.

ЦАП 0...10 В (выход«У»). Для работы ЦАП 0...10 В используется внешний источник питания постоянного тока (для ВУ1 см. рис. 6), номинальное значение напряжения которого Uп находится в диапазоне 15...32 В. Сопротивление нагрузки Rн, подключаемой к ЦАП, должно быть не менее 2 кОм.

Напряжение источника питания ЦАП 0...10 В не должно превышать 36 В.

studfiles.net

Инструкция по настройке ПИД регулятора

Поскольку количество сочетаний трех параметров, предусмотренных для настройки регуляторов, весьма значительно, с течением времени было разработано много методик, облегчающих их правильную настройку. Некоторые из них требуют определенной дестабилизации технологического процесса, что зачастую неприемлемо на практике. Цель данной статьи – предложить ряд простых правил настройки регуляторов, позволяющих выполнять данную работу с минимальными отклонениями от режимных параметров.Основное правило: регулятор следует настраивать сообразно технологическому процессу. При высоком быстродействии процесса (например, в контуре расхода), регулятор также следует настроить на быстрое срабатывание. Скорость срабатывания регулятора определяется интегральным временем (интегральной составляющей), а не зоной пропорционального регулирования (усилением). Неправильное использование этих параметров значительно снижает эффективность настройки регуляторов. При низком быстродействии процесса (например, при регулировании температуры на тарелке в верхней части ректификационной колонны) регулятор следует настроить на медленное срабатывание СООБРАЗНО ПРОЦЕССУ. Если у Вас отсутствует информация о характеристиках процесса и не к кому обратиться за разъяснениями, Вам следует перепоручить настройку регуляторов специалисту, который сможет получить необходимую информацию.

Общие правила для стандартных контуров управления

Расход

Обычно более половины контуров управления на установке представляют собой контуры регулирования расхода. Установите интегральную составляющую (I) на 0,1 минуты. Отрегулируйте зону пропорционального регулирования так, чтобы предотвратить излишнюю зашумленность результатов измерения (как правило, около 300%, хотя, в некоторых случаях, при неправильном монтаже узла расходомера, требуемое значение может достигать 1000%). Установка зоны пропорционального регулирования для контура, в котором используется позиционер клапана, в два – три раза превышает значение для контура без позиционера. Для медленно срабатывающих или заедающих регулирующих клапанов может потребоваться установка 0,2 или 0,3 минуты, однако, обычно, такие значения являются исключением. Если эти настройки не работают, проверьте монтаж клапана и первичного измерительного элемента с целью определения неисправности. Устраните неисправность. Не следует устанавливать регулятор на неприемлемое значение интегральной составляющей, например, 10 минут. Если вы считаете, что требуемое значение интегральной составляющей равно 10 минут, следует использовать регулятор в ручном режиме или клапан с ручным приводом.Примечание: Регуляторы не будут нормально работать, если клапан или другой конечный регулирующий элемент почти полностью закрыт или почти полностью открыт. Настраивать регуляторы в этих условиях не следует. Попросите оператора открыть или закрыть байпас (при наличии байпаса) или дождитесь, пока технологические параметры не изменяться настолько, чтобы клапан вернулся в пределы рабочего диапазона. Предельные значения рабочего диапазона составляют от 5 до 95% рабочего хода, при этом более безопасный диапазон – от 10 до 90%. Не следует использовать воздействие дифференциальной составляющей для контуров регулирования расхода.

Уровень

Следующий за контуром расхода наиболее распространенный контур управления – контур уровня. не следует использовать малые значения интегральной составляющей в контуре регулировки уровня. При использовании подобного значения контур будет безостановочно работать в цикличном режиме, нередко с периодом (временем от пика одного цикла до пика следующего цикла) от 10 до 15 минут. Этот период обратно пропорционален интегральному времени. Установите интегральное время на 10 минут. Эта установка будет приемлемой для 80 — 90% регуляторов уровня. Если временная постоянная аппарата (объем/расход) составляет от 1 до 2 минут, то можно использовать более короткое интегральное время, однако следует помнить о том, что более продолжительное время является более надежным. При большом объеме аппарата и малом расходе следует использовать более продолжительное интегральное время.Если важна точность регулирования уровня, используйте наименьшее значение зоны пропорционального регулирования (10 — 50%), при котором отсутствует циклическое срабатывание. Если плавное изменение расхода на последующую установку важнее жесткого регулирования уровня, используйте более широкую зону пропорционального регулирования (100 — 200%). Не следует использовать воздействие дифференциальной составляющей в контуре регулирования уровня. Впрочем, имеются немногочисленные исключения. В очень редких случаях небольшая дифференциальная составляющая используется для компенсации на регулирующих клапанах уровня со значительным гистерезисом. Шумы по уровню вызывают дрожание клапана, что может способствовать более плавному регулированию. Более оптимальное решение – установить позиционер или, что еще лучше, регулятор расхода в каскаде с регулятором уровня.В контурах уровня, если регулятор управляет клапаном без позиционера, зачастую наблюдается предельный цикл. График предельного цикла имеет пилообразную форму, иногда с плоскими нижними и/или верхними участками. Контроль выходного сигнала в ходе предельного цикла показывает изменение, равное примерно 5%. Устранить подобный предельный цикл путем настройки практически невозможно. Настройка приводит к изменению периодичности цикла, но не влияет на его амплитуду. Если регулирование клапана осуществляется в пределах рабочего диапазона, то устранить данную проблему можно только путем установки позиционера или каскадированием уровня с расходом.Если уровень контролируется по расходу продукта, направляемого в парк хранения, то, как правило, циклическое срабатывание не имеет значения. Если же речь идет об орошении в ректификационной колонне, зацикливание, как правило, недопустимо. Следует отметить, что циклическое управление клапаном в почти полностью закрытом или почти полностью открытом положении приводит к возникновению предельного цикла, как правило, с плоским нижним участком, если клапан почти закрыт или с плоским верхним участком, если клапан почти полностью открыт.

Давление жидкости

Настройка осуществляется аналогично контурам расхода. Шумы могут быть не столь интенсивными, как при регулировании расхода, и значения зоны пропорционального регулирования, как правило, будут меньше.

Давление газа

Настройка осуществляется аналогично контурам уровня с использованием высокого значения интегральной составляющей. Регулятор, работающий только в пропорциональном режиме, обеспечивает адекватное регулирование, но с определенным изменением контрольной точки в зависимости от состояния процесса по причине пропорционального отклонения. Так как зона пропорционального регулирования может, как правило, оказаться очень небольшой (менее 100% и, нередко, примерно от 5 до 20%), то такое отклонение будет незначительным.Отрегулировав более 80% контуров стандартной установки, переходим к более труднорегулируемым контурам, а именно: температуре, давлению паров и составу. Сюда же относится температура, на основании которой определяется состав среды во многих колоннах дистилляции.

Труднорегулируемые контуры

Существует две способа настройки труднорегулируемых контуров. Первый способ заключается в использовании безопасных исходных настроек: зона пропорционального регулирования 100%, интегральное время 5 — 10 минут, без дифференциальной составляющей. Переключите регулятор в автоматический режим при результатах измерения, близких к требуемой уставке.При возникновении циклических колебаний определите время от одного пика до другого (от верхней точки до верхней точки или от нижней точки до нижней точки). Это – период контура управления. Если отклонение каждого пика от уставки будет больше отклонения предыдущего пика, увеличьте зону пропорционального регулирования (в два, три и более раз) до тех пор, пока увеличение амплитуды в цикле не прекратиться.Если исходное интегральное время составляет менее половины периода, оно слишком короткое, что, возможно, и вызывает циклическое срабатывание. Увеличьте интегральное время. По мере увеличения интегрального времени период должен сокращаться. Если период примерно в два раза превышает интегральное время и происходит затухание колебаний, это означает, что работа почти полностью закончена. При отсутствии помех измерения следует установить дифференциальную составляющую, равную четверти интегрального времени. Дождитесь изменения параметров или попросите оператора немного скорректировать уставку в безопасном направлении. Выполните повторную настройку зоны пропорционального регулирования, чтобы обеспечить приемлемое гашение колебаний после выхода из режима. Повторяйте эти действия, пока не получите нормальный отклик контура.Проконтролируйте контур в течение нескольких часов, чтобы убедиться в стабильности его работы. Некоторые контуры стабильны при небольших изменениях параметров, но начинают осциллировать при значительных изменениях. Увеличьте зону пропорционального регулирования, если это необходимо, чтобы обеспечить стабильность контура при значительных отклонениях от заданного режима.Если этот ускоренный метод оказался в вашем случае неэффективным или если вы хотите действовать более методично, следуйте приведенной ниже методике. Она работает во всех случаях и не оставляет сомнений относительно характеристик контура управления.

Стандартный метод настройки регуляторов

1. Переключите регулятор в ручной режим работы, когда процесс достаточно стабилен и на установке не ожидается резких отклонений от заданного режима. Установите D (производную отклонения или дифференциальную составляющую у некоторых регуляторов) на минимальное, а I (интегральное время или интегральное составляющую у некоторых регуляторов) на максимальное значение.2. Для начала выберите уставку, равную результатам измерения и установите зону пропорционального регулирования (P) на 100% (или коэффициент усиления на 1,0 у некоторых регуляторов). Немного измените выходной сигнал и переключите регулятор в автоматический режим. Зарегистрируйте исходное положение клапана на тот случай, если вам потребуется вернуться к нему в процессе настройки.3. При отсутствии колебаний повторите п. 2, уменьшая зону пропорционального регулирования (возможно, до половины первоначального значения). Продолжайте уменьшать зону пропорционального регулирования, пока не начнутся колебания. Если с первой попытки возникнут колебаний с возрастающей амплитудой, верните регулятор в ручной режим и установите клапан в исходное положение, зарегистрированное в п. 2. Удваивайте зону пропорционального регулирования и повторяйте попытки, пока не получите равномерные или почти равномерные колебания. Замерьте период (определяемый как время отработки одного полного цикла)4. Для ПИ-регулятора:Установите I = период х 0,82.Удвойте зону пропорционального регулирования.Период увеличится приблизительно на 43%. Каждый пик должен составлять примерно половину от амплитуды предыдущего пика. Это называется гашением амплитуды на четверть.Выполните повторную настройку зоны пропорционального регулирования, если необходимо большее или меньшее демпфирование.5. Для ПИД-регулятора:Установите I = период х 0,5.Установите D = период х 0,125.Удвойте зону пропорционального регулирования.Период уменьшится примерно на 15%.Выполните повторную настройку зоны пропорционального регулирования, если необходимо большее или меньшее демпфирование.6. Следует помнить о том, что безопасными являются большие значения I и малые значения D. Данные указания предназначены для регуляторов, настраиваемых в минутах на повтор . Некоторые изготовители используют обратное отношение I и D, при этом наибольшее значение соответствует наименьшему и наоборот.7. При зашумленных результатах измерения (в особенности это относится к контурам Ph) использование дифференциальной составляющей, как правило, невозможно. Ни в коем случае не устанавливайте дифференциальную составляющую, которая превышает интегральную.

Каскадирование и другие виды взаимодействия контуров управления

Сначала выполните настройку вторичного контура (т.е. расхода) в режиме локальной уставки. Уменьшите интегральную составляющую до минимально допустимого значения. Переключите вторичный контур в режим работы с удаленной уставкой и выполните настройку первичного контура (т.е. уровня). Значение интегральной составляющей первичного регулятора не должно быть меньше помноженного на 4 значения интегральной составляющей вторичного регулятора. Эти же правила применимы и для контуров, взаимодействующих через технологический процесс.Примером такого взаимодействия через технологический процесс является контур давления в колонне и температурный контур с компенсацией по давлению, используемые для управления ректификационной колонной. Настройте контур давления (который является самым быстрым контуром в данном примере) на минимальную интегральную составляющую, а затем установите интегральное время регулятора температуры, не менее, чем в 4 раза превышающее интегральное время контура давления. Для проверки взаимодействия этих двух контуров при их циклическом срабатывании с аналогичным периодом, переведите один из контуров в ручной режим. Прекращение цикла указывает на возможное наличие проблемы, вызванной взаимодействием. Переместите контуры или используйте описанную выше методику минимизации колебаний.

С дополнительными материалами по настройке ПИД регуляторов Вы можете ознакомиться здесь.

Узнать больше про регуляторы и алгоритмы работы регуляторов Вы можете здесь.

Для закрепления полученных знаний предлагаем Вам воспользоваться программой имитации контуров регулирования Перейти

kipia-portal.ru

Разработка асутп в системе трейс моуд:задачи и перспективы, страница 8

При необходимости проектировщик может написать свои специфические функции на языке Техно IL, сохранить их в соответствующих разделах библиотеки функций и встраивать в программы FBD  в статусе стандартных функциональных блоков.

Рис. 3. Диалог редактирования IL-программ редактора базы каналов

Кроме того, на том же языке могут быть написаны метапрограммы (до 16 программ на 1 узел системы), управление вызовом которых осуществляется специальным системным каналом.

АДАПТИВНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

Мазуров Вячеслав Михайлович, профессор, д.т.н., эксперт

AdAstra Research Group, Ltd.

Москва, 107076, а/я 38, тел  (095) 737-59-33, E-mail: adastra@adastra.msk.ru

Задачи, решаемые модулем адаптивного регулирования

Реализованные в ТРЕЙС МОУД алгоритмы адаптивного регулирования позволяют решать следующие задачи:

§  регулирование по стандартным ПИ и ПИД алгоритмам;

§  регулирование  по усовершенствованному ПИД алгоритму;

§  самонастройка параметров ПИ и ПИД алгоритмов в процессе управления объектом.

Эти задачи можно решать для контуров регулирования, в которых применяются как пропорциональные  исполнительные механизмы, так и интегрирующие. В последнем случае следует использовать адаптивный ПДД алгоритм в сочетании с ШИМ  преобразованием.

Цифровое управление процессом по усовершенствованному ПИД алгоритму

Усовершенствованный ПИД алгоритм, в отличие от стандартного, не отрабатывает дифференциальную и пропорциональную составляющие при изменении задания. Это позволяет сократить динамическую погрешность. Однако переходный процесс регулирования при смене задания затягивается.

Использование усовершенствованного алгоритма оправдано в тех случаях, когда нельзя допускать перерегулирования, а время переходного процесса не является самым значимым параметром.

На приведенных ниже рисунках показаны переходные процессы при использовании стандартного и усовершенствованного алгоритмов регулирования.

Рис. 1. Стандартный ПИД алгоритм

Рис. 2. Усовершенствованный ПИД алгоритм

Структурная схема адаптивной системы управления

Следующий рисунок демонстрирует структурную схему регулятора с использованием предлагаемого алгоритма самонастройки.

Рис. 3. Структурная схема адаптивного регулятора

Самонастройка параметров ПИД алгоритма

Самонастройка осуществляется параллельно с процессом регулирования. Для определения оптимальных настроек к выходу ПИД регулятора добавляется пробный гармонический сигнал. В процессе адаптации амплитуда колебаний на выходе объекта удерживается в рамках заданного ограничения. По умолчанию используется диапазон амплитуд 0.3 – 0.7%. Он в большинстве случаев не превышает допустимой погрешности регулирования.

На приведенном ниже рисунке показан процесс самонастройки регулятора в условиях наличия сильных шумов в тракте измерения.

Рис. 4. Процесс самонастройки при наличии шумов

Что даёт применение адаптивного регулирования?

Реализованные в ТРЕЙС МОУД алгоритмы адаптивного регулирования позволяют:

§  осуществлять настройку всех существующих контуров регулирования одновременно;

§  получить оптимальные по точности регулирования настройки ПИД регулятора;

§  практически не нарушать в процессе самонастройки нормальный ход технологического процесса;

§  повторять самонастройку либо по команде пользователя, либо периодически для нестационарных объектов управления.

Предложенные алгоритмы обладают следующими особенностями:

§  работают в условиях высокого уровня шумов и случайных возмущений;

§  поддерживают исполнительные механизмы любых типов;

§  требуют минимум входных параметров;

§  сохраняют работоспособность автоматического регулирования на этапе самонастройки;

§  настраиваемые контуры регулирования могут находиться как в ручном, так и автоматическом режимах работы.

Адаптивный алгоритм настройки может быть распространён на всю совокупность контроллеров, подключённых к ТРЕЙС МОУД.

vunivere.ru

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ-РЕГУЛЯТОР.doc - PRAKTIChESKOE_ZANYaTIE-REGULYaTOR.doc. скачать 1.95 Mb.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ-РЕГУЛЯТОР.doc

Имя файла: PRAKTIChESKOE_ZANYaTIE-REGULYaTOR.docРазмер: 1.95 Mb.Формат: doc

Пожалуйста, введите цифры на картинке: С этим файлом связано 45 файл(ов). Android_NDK_Razrabotka_prilozheniy_pod_Android_na_SC.pdf Rosetta_OSIRIS_Hapi_Hathor_anaglyph_crop.jpg Rosetta_OSIRIS_Hapi_Hathor_anaglyph_B.jpg KraevUslovia-PZ.doc Lekts_4_1.doc Audiokniga_Edgar_Po__Ubiystvo_na_ulitse_Morg.zip Gervi_Allen__Edgar_Po_Biografia.djvu Rosetta_OSIRIS_Hapi_Hathor_anaglyph_A.jpg Manual-De-La-Nueva-Gramatica-De-La-Lengua-Espan.pdf Vinogradov_V_S_-_Cbornik_uprazhneny_po_grammat.pdf PRAKTIChESKOE_ZANYaTIE-REGISTRATOR.doc PRAKTIChESKOE_ZANYaTIE-REGULYaTOR.doc Metrologia_-_kopia.doc Glinkov_G_M_ASU_TP_v_chernoy_metallurgii.djvu Lekts_4_2.doc LR-PDE_Toolbox.doc J_R_R_Tolkien_-_The_Hobbit.epub PDE_TOOL.doc J_R_R_Tolkien_-_The_Hobbit.doc reg_org_isp_mekh.doc IdenMod-dop_modul.rar RSU.rar away_php.jpg Poryadok_reshenia_zadachi.doc treug.jpg 550706.jpg 29062013539.jpg Inov_Deyat.rar im_chuck_norris_approved_by_brisingrhawk94-d46c.gif Edgar_Allan_Po_Polnoe_sobranie_sochineniy.fb2 Edgar_Allan_Po_Polnoe_sobranie_sochineniy.pdf 4162424959_2951cda014_o.jpg sova.jpg?extra=FbpuyReZebkSrX4Zi-tmT4VPIzmTwMCXRziZxYy3q4S27lB9j APOD_Fuego_volcano.jpg Agent-Smith-in-The-Matrix-Revolutions-the-matri.gif image.jpg file.png nh-pluto_crop_jpg.png Rosetta_OSIRIS_Pajola_Figure1.jpg Marta_Baralo_Marta_Genis_Vocabulario_Elementa.pdf An_usher_uses_a_laser_beam_during_a_performance_at_the_National_ Algoritmicheskie_tryuki_dlya_programmistov-Genri_S_Uorren_ml.pdf PostProcessing.gif Metodichka_dlya_diploma.pdf

metodich.ru

Принцип работы ПИД-регуляторов

Опубликовано 24.05.2016

Принцип работы

Регуляторы процесса

Регуляторы процесса (Process Controllers) – это параметрируемые цифровые контроллеры со встроенным набором стандартных функций для регулирования технологических переменных (температуры, давления и т.п.).

В качестве сигналов задания (Reference) могут использоваться как фиксированные уставки (Fixed Setpoints), так и внешние (External).

Аналоговые входы используются для подключения датчиков обратной связи (термометров сопротивления, термопар, манометров и т.п.).

Дискретные входы используются для задания фиксированных уставок и переключения между режимами.

Дискретные выходы используются для сигнализации: готовности, аварий, состояния.

Релейные выходы используются для дискретного управления, а аналоговые выходы – для непрерывного управления.

Дискретное управление
  • 2-х позиционный регулятор использует только 2 состояния:
    • включено (открыто)
    • выключено (закрыто)
    • Пример: управление нагреванием или охлаждением.
  • 3-х позиционный регулятор использует 3 состояния:
    • выключено
    • вращение по часовой стрелке
    • вращение против часовой стрелки (реверс)
    • Пример: управление реверсивным электродвигателем.
  • 5-и позиционный регулятор использует 5 состояний:
    • выключено
    • вращение на первой скорости по часовой стрелке
    • вращение на второй скорости по часовой стрелке
    • вращение на первой скорости против часовой стрелки
    • вращение на второй скорости против часовой стрелки
    • Пример: управление 2-скоростным реверсивным двигателем.
Непрерывное управление

Для непрерывного управления используются ПИД-регуляторы. Возможна реализация каскадного (подчинённого) управления.

Замкнутая система управления

Переходный процесс

Переходный процесс – это реакция системы на внешнее воздействие (задание, возмущение).

Неустойчивый (расходящийся) переходный процесс
Устойчивый (сходящийся) переходный процесс
КолебательныйАпериодическийМонотонный

ПИД-регулятор

С помощью настройки ПИД-регулятора (PID-controller) мы можем скорректировать переходный процесс так, как нам нужно для решения своей задачи.

Хзад – заданное (желаемое) значение выходной переменнойXmax – верхний допустимый предел выходной переменнойXmin – нижний допустимый предел выходной переменнойТ – период колебанийТн – время нарастанияТр – время переходного процесса (последняя точка пересечения кривой с Xmin или Xmax)А1 – первое перерегулированиеА2 – второе перерегулированиеd=А1/A2 - степень (декремент) затухания переходного процесса (отношение первого перерегулирования ко второму)

Рассогласование, перерегулирование, время нарастания, время переходного процесса, степень затухания характеризуют качество регулирования.

Пример

ПИД-регулятор открывает и закрывает регулирующий вентиль на горячей трубе так, чтобы из крана текла вода с температурой +40°С с погрешностью плюс-минус 2 градуса. Регулятор вычисляет рассогласование (ошибку) - отклонение реальной температуры (например, +20°С) от заданного значения (+40°С) и решает – когда и насколько необходимо приоткрыть горячий вентиль, чтобы температура повысилась на 20С. Реальную (фактическую) температуру регулятор узнаёт с помощью датчика температуры (обратная связь), а заданную температуру (уставку) ему сообщает оператор, например, набирая число «40» на своём ПК.

Чтобы настроить ПИД-регулятор, необходимо подобрать правильную комбинацию трёх коэффициентов:

  • Пропорционального – Kp
  • Интегрального – Ki
  • Дифференциального – Kd

Могут использоваться и более простые - П и ПИ-регуляторы.

Формула ПИД-регулятора

где e(t) - ошибка (рассогласование), u(t) - выходной сигнал регулятора (управляющее воздействие).

Чем больше Пропорциональный коэффициент, тем выше быстродействие, но меньше запас устойчивости. Но! простой П-регулятор не может полностью отработать рассогласование, т.е. всегда работает с ошибкой.

ПИ-регулятор позволяет избавиться от статической (установившейся) ошибки, но, чем больше Интегральный коэффициент, тем больше перерегулирование (динамическая ошибка).

ПИД-регулятор позволяет нам уменьшить перерегулирование, но, чем больше Дифференциальный коэффициент, тем больше погрешность из-за влияния шумов.

Если шумы идут по каналу обратной связи, то мы можем их отфильтровать с помощью фильтра низкой частоты, но чем больше постоянная этого фильтра, тем медленнее регулятор будет отрабатывать возмущения.

Настройка ПИД-регулятора по методу Циглера-Николса

Циглер и Николс предложили свой вариант быстрой настройки ПИД-регулятора для периодического переходного процесса, в котором затухание примерно равно 4.

  • Обнуляем Ki и Kd
  • Постепенно увеличиваем Kp до критического значения Kc, при котором возникают автоколебания
  • Измеряем период автоколебаний Т
  • Вычисляем значения Kp, Ki и Kd по разным формулам для разных регуляторов:
    • для П-регулятора: Kp=0,50*Kc
    • для ПИ-регулятора: Kp=0,45*Kc, Ki=1,2*Kp/T
    • для ПИД-регулятора: Kp=0,60*Kc, Ki=2,0*Kp/T, Kd=Kp*T/8

Каскадный регулятор (подчинённое управление)

Продолжение примера

Теперь нам захотелось добавить комфорта и сделать так, чтобы уставка задания температуры воды менялась в зависимости от температуры воздуха на улице (на улице мороз – вода горячая, на улице жара – вода прохладная). Можно установить ещё один регулятор комфортной температуры, который по показаниям термометра узнаёт фактическую температура наружного воздуха и решает, что комфортная температура воды должна быть, например, +40°С, поэтому он выдаёт задание регулятору температуры воды – поддерживать температуру на уровне +40С (см. пример выше). Здесь мы имеем каскадное регулирование: контур регулирования температуры воды подчинён контуру регулирования комфортной температуры воды.

С помощью регуляторов процесса мы можем реализовать и более сложные связи. Например, поддерживать постоянный расход и температуру воды, независимо от давления и температуры горячего и холодного трубопроводов.

Упреждающее регулирование (Feedforward Control)

Не всегда простой ПИД-регулятор в системе с обратной связью может обеспечить требуемое быстродействие из-за возникновения нежелательных колебаний или недопустимо большого перерегулирования. Для улучшения характеристик регулирования применяют комбинированное управление – с обратной связью (closed-loop) и без обратной связи (open-loop). К управляющему воздействию (выходу регулятора) добавляется сигнал упреждающего воздействия, который не зависит от рассогласования, а значит, не может вызвать автоколебания в системе.

Продолжение примера
Если мы доверяем прогнозу погоды, то вместо каскадного управления мы можем реализовать упреждающее регулирование без измерения уличной температуры: читаем прогноз на завтра, задаём уставку +40°С по таймеру времени на завтра на 7 утра.

Если измерить возмущение, то можно подать упреждающее воздействие, которое компенсирует влияние этого возмущения на процесс до того, как начнёт изменяться регулируемый параметр.

www.maxplant.ru

Адаптивное регулирование

Технологии адаптивного регулирования  позволяют полностью автоматизировать процесс настройки контуров регулирования широкого класса промышленных объектов управления с различными видами и величинами запаздывания. Они позволяют полностью отказаться от использования обычных методов идентификации динамики объекта и расчета оптимальных параметров настройки регуляторов.

Это значит, что потребитель, использующий адаптивное регулирование получает возможность:

  • сократить время настройки контуров регулирования и требования к квалификации персонала;
  • гарантировать наилучшее качество управления в любой момент времени для широкого класса стационарных и нестационарных автоматизируемых объектов;
  • обеспечить непрерывный процесс подстройки параметров регулятора под изменяющиеся динамические свойства объекта управления;
  • увеличить ресурс работы исполнительного механизма за счет использования двухуровневого пробного сигнала.

Как показывает практика, адаптивные регуляторы позволяют экономить до 15% сырья и энергоресурсов по сравнению с ручным управлением или порядка 5% по сравнению с неоптимально настроенным классическим ПИД регулятором. Кроме того, применение адаптивного регулирования ведет к сокращению сроков и стоимости пуско-наладочных работ.

Адаптивное регулирование в SCADA и SOFTLOGIC системе TRACE MODE было впервые поддержано в 1998 году в виде набора функциональных блоков Техно FBD - визуального языка программирования стандарта IEC 61131-3. Библиотека адаптивного регулирования TRACE MODE включает следующие функциональные блоки:

  • Адаптивное регулирование (APID) - блок позволяет организовать регулирование по ПИД закону с автоматическим вычислением настроек регулятора для объектов с пропорциональным исполнительным механизмом;
  • Адаптивное регулирование (APDD) - аналогичный блок для реализации адаптивного ПДД регулятора, предназначен для объектов с интегрирующим исполнительным механизмом и постоянной скоростью отработки;
  • Идентификация объекта (IDNT) - этот блок по кривой отклика на прямоугольный импульс рассчитывает параметры модели инерционного звена первого порядка с запаздыванием;
  • Модальный регулятор (MREG) - представляет собой модальный регулятор с функцией вычисления настроек по параметрам объекта управления, что предполагает его совместное использование с блоком IDNT;
  • Настройка ПИД по параметрам объекта (CALC) - рассчитывает коэффициенты  ПИД регулятора на основе параметров математической модели объекта первого порядка с запаздыванием;
  • Настройка ПИД по скачку задания (RJMP) - блок вычисления настройки ПИ/ПИД регулятора на основе накопления и обработки массивов данных: значений входа объекта и его выхода.

Язык Техно FBD позволяет осуществлять как программирование контроллеров, так и операторских станций SCADA системы TRACE MODE. Соответственно, оптимальные настройки регуляторов могут рассчитываться, как в контроллере, так и на операторском ПК (с последующей загрузкой в контроллер), что позволяет использовать адаптивное регулирование как в системах на основе открытых, программируемых в TRACE MODE контроллеров, так и в системах на основе традиционных PLC. 

Адаптивное регулирование может производиться как в режиме постоянной подстройки коэффициентов регулятора, так и периодически, либо по команде оператора. Последняя модификация блоков APID и APDD позволяет  вообще не отключать процесс автоподстройки регуляторов (например, для объектов с изменяющимися характеристики или для объектов работающих со значительными колебаниями нагрузки).

Принцип действия адаптивного регулятора заключатся в следующем: на вход объекта, наряду с сигналом регулятора, подается дополнительный пробный синусоидальный сигнал малой амплитуды (обычно не превышающей уровня естественного шума процесса). По амплитуде и фазе гармонической составляющей в выходном сигнале объекта осуществляется расчет настроек регулятора.

Возможность определения параметров амплитудно-фазовой характеристики объекта в замкнутом контуре гарантирует получение оптимальных настроек регулятора. 

Адаптивное регулирование в TRACE MODE подразумевает автоматическую фильтрацию кривой отклика от случайных возмущений и шумов. Улучшенный алгоритм аппроксимации динамики объекта высокого порядка моделью инерционного звена первого порядка с запаздыванием учитывает динамику исполнительных механизмов и датчиков.

Модальный регулятор реализован в виде цифровой модели объекта и астатического наблюдателя полного порядка. Расчет параметров модального регулятора производится по оригинальной методике, без выбора корней уравнения замкнутой системы.

Настройки адаптивных регуляторов рассчитываются с учетом периода опроса данного канала, что позволяет сразу применять их в АСУ ТП.

Помимо адаптивных регуляторов в TRACE MODE 6 реализована поддержка и других методов регулирования:

  • ПИД регулятор (PID) - классический блок ПИД регулятора;
  • ПДД регулятор (PDD) - регулятор, учитывающий вторую производную ошибки регулирования;
  • Трехпозиционный  регулятор (PREG) - для дискретного управления исполнительным механизмом;
  • Нечеткий регулятор (FZCTR) - реализует функции нечеткого регулятора, обычно используется в паре с блоком настройки нечеткого регулятора (SFZ).

Изучить работу адаптивных регуляторов TRACE MODE можно в эмуляторе Интегрированной среды разработки. Кроме того, они доступны в Интернет - в Виртуальной лаборатории адаптивного регулирования. На сайте лаборатирии Вы можете в режиме on-line убедится в высокой эффективности алгоритмов адаптивного регулирования на моделях объектов различных типов (требуется поддержка Java в Вашем браузере).

Отладка алгоритмов адаптивного и модального регулирования в профайлере возможна только при использовании профессиональной инструментальной SCADA системы TRACE MODE 6 или в Мониторах реального времени с поддержкой адаптивного регулирования.

Функциональные блоки (FBD) модального, нечеткого и адаптивного регулирования реализованы в следующих исполнительных модулях TRACE MODE 6 класса SCADA (для операторских станций и серверов автоматики) и SOFTLOGIC (для промышленных контроллеров):

Adaptive МРВ+ 6.02 для Windows

www.tracemode.ua

Глоссарий    —    Глоссарий и часто задаваемые вопросы

ПИД-регулятор. Частные случаи (П, ПД, ПИ-регулятор)

Пропорциональное регулирование (П-закон)

Аналоговый П-регулятор (см. ЛУ в приборах ТРМ1, 2ТРМ1, ТРМ201, ТРМ202)

 

При цифровой реализации П-закона регулирования выходной сигнал регулятора Yi пропорционален величине рассогласования Ei, т. е.

 

 

Xp - полоса пропорциональности, в пределах которой справедлива эта формула

Ei - разность между заданным Туст и текущей Тi значениями измеряемой величины, или рассогласование

 

Полоса пропорциональности Xp, как и отклонение E, выражается в единицах контролируемого параметра. Чем шире полоса пропорциональности Xp, тем меньше величина выходного сигнала Y при одном и том же отклонении E.

Вне полосы пропорциональности выходной сигнал Y равен 0 или 100 %.

При действии П-закона регулятор выдает импульсы, в которых присутствует только пропорциональная составляющая величины выходного сигнала.

 

Выходной сигнал П-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях Xp и E=10

Зависимость выходного сигнала П-регулятора от рассогласования при различных значениях Xp

 

Пропорционально-дифференциальное регулирование (ПД-закон)

При работе прибора в режиме ПД-регулятора величина выходного сигнала Yi зависит не только от величины отклонения Ei, но и от скорости его изменения:

 

Xp- полоса пропорциональности

Ei - рассогласование

τл- постоянная времени дифференцирования

ΔEi - разность между двумя соседними измерениями Ei и Ei-1

Δtизм - время между двумя соседними измерениями Ti и Ti–1

ΔEi / Δtизм - скорость изменения рассогласования Ei

 

Изменение выходного сигнала регулятора при ступенчатом изменении отклонения показано на рисунке. В первый период после ступенчатого изменения Ei регулятор выдает управляющий импульс, в котором, кроме пропорциональной составляющей, вызванной рассогласованием Ei, добавляется дифференциальная (заштрихованная часть) ΔYд, которая зависит от величины ΔEi и τл коэффициента . В последующих импульсах присутствует только пропорциональная составляющая, так как нет изменения Ei.

 

Выходной сигнал ПД-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях  и E=10

 

Пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-закон)

При работе прибора в режиме ПИ-регулятора величина выходного сигнала Yi зависит как от величины отклонения Ei, так и от суммы предыдущих рассогласований:

Xp - полоса пропорциональности

Ei - рассогласование

τи - постоянная времени интегрирования

∑Ei - накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма)

 

Из рисунка видно, что в первый момент времени, когда нет отклонения (Ei=0), нет и выходного сигнала (Yi=0). С появлением отклонения Ei появляются импульсы, длительность которых постепенно увеличивается. В импульсах присутствует пропорциональная составляющая, которая зависит от величины E (незаштрихованная часть импульсов) и интегральная составляющая (заштрихованная часть). Увеличение длительности импульсов происходит за счет роста интегральной составляющей, которая зависит от рассогласования Ei и коэффициента τи.

 

Выходной сигнал ПИ-регулятора и длительность управляющих импульсов при различных значениях  и E=10

 

 

www.owen.ru


Смотрите также


О сайте

Онлайн-журнал "Автобайки" - первое на постсоветском пространстве издание, призванное осветить проблемы радовых автолюбителей с привлечение экспертов в области автомобилестроения, автоюристов, автомехаников. Вопросы и пожелания о работе сайта принимаются по адресу: Онлайн-журнал "Автобайки"