Diferencijalni proporcionalno-integralni regulator je uređaj koji se ugrađuje u automatizirane sustave za održavanje zadanog parametra koji se može mijenjati.
Na prvi pogled sve je zbunjujuće, ali PID upravljanje se može objasniti i za lutke, t.j. ljudi koji nisu baš upoznati s elektroničkim sustavima i uređajima.
Sadržaj
Što je PID regulator?
PID regulator je uređaj ugrađen u upravljačku petlju s obveznom povratnom spregom. Dizajniran je za održavanje postavljenih razina zadanih vrijednosti, kao što je temperatura zraka.
Uređaj daje upravljački ili izlazni signal upravljačkom uređaju, na temelju podataka primljenih od senzora ili senzora. Kontroleri imaju visoku stopu točnosti prolaznih procesa i kvalitetu zadatka.
Tri koeficijenta PID regulatora i princip rada
Zadatak PID regulatora je osigurati izlazni signal količine snage potrebne za održavanje kontrolirane varijable na danoj razini. Za izračun pokazatelja koristi se složena matematička formula koja uključuje 3 koeficijenta - proporcionalni, integralni, diferencijalni.
Uzmimo kao predmet regulacije posudu s vodom, u kojoj je potrebno održavati temperaturu na zadanoj razini podešavanjem stupnja otvaranja ventila parom.
Proporcionalna komponenta se pojavljuje u trenutku neslaganja s ulaznim podacima. Jednostavnim riječima, zvuči ovako - uzima se razlika između stvarne temperature i željene temperature, množi se s podesivim koeficijentom i dobiva se izlazni signal koji treba primijeniti na ventil. Oni. čim stupnjevi padnu, počinje proces grijanja, dižu se iznad željene oznake - isključuju se ili čak hlade.
Zatim dolazi integralna komponenta, koja je dizajnirana da kompenzira utjecaj okoliša ili druge ometajuće utjecaje na održavanje naše temperature na zadanoj razini. Budući da uvijek postoje dodatni čimbenici koji utječu na uređaje kojima se upravlja, brojka se već mijenja u trenutku kada se primi podatak za izračunavanje proporcionalne komponente. I što je veći vanjski utjecaj, to su jače fluktuacije pokazatelja. Javljaju se udari struje.
Integralna komponenta pokušava, na temelju prošlih temperaturnih vrijednosti, vratiti svoju vrijednost ako se promijenila. Proces je detaljnije opisan u videu ispod.
A zatim se izlazni signal regulatora, prema koeficijentu, primjenjuje za povećanje ili smanjenje temperature. S vremenom se odabire vrijednost koja kompenzira vanjske čimbenike, a skokovi nestaju.
Integral se koristi za otklanjanje pogrešaka izračunavanjem statičke pogreške. Glavna stvar u ovom procesu je odabrati ispravan koeficijent, inače će pogreška (nepodudarnost) također utjecati na integralnu komponentu.
Treća komponenta PID-a je diferencijator. Dizajniran je kako bi kompenzirao utjecaj kašnjenja do kojih dolazi između utjecaja na sustav i povratne informacije. Proporcionalni regulator opskrbljuje strujom sve dok temperatura ne dosegne željenu razinu, ali kada informacija prođe do uređaja, osobito pri velikim vrijednostima, uvijek dolazi do grešaka. To može dovesti do pregrijavanja. Diferencijal predviđa odstupanja uzrokovana kašnjenjima ili utjecajima okoline i unaprijed smanjuje isporučenu snagu.
Podešavanje PID regulatora
Podešavanje PID regulatora provodi se na 2 metode:
- Sinteza podrazumijeva izračun parametara na temelju modela sustava. Ova postavka je točna, ali zahtijeva duboko poznavanje teorije automatskog upravljanja. To je podložno samo inženjerima i znanstvenicima. Budući da je potrebno ukloniti karakteristike potrošnje i napraviti hrpu izračuna.
- Ručna metoda temelji se na pokušajima i pogreškama. Za to se kao osnova uzimaju podaci već gotovog sustava, neke prilagodbe se vrše na jednom ili više koeficijenata regulatora. Nakon uključivanja i promatranja konačnog rezultata, parametri se mijenjaju u pravom smjeru. I tako sve dok se ne postigne željena razina izvedbe.
Teorijska metoda analize i ugađanja rijetko se koristi u praksi, što je posljedica nepoznavanja karakteristika kontrolnog objekta i hrpe mogućih ometajućih utjecaja. Eksperimentalne metode temeljene na praćenju sustava su češće.
Suvremeni automatizirani procesi implementiraju se kao specijalizirani moduli pod kontrolom programa za podešavanje koeficijenata regulatora.
Namjena PID regulatora
PID regulator je dizajniran da održava određenu vrijednost na traženoj razini - temperaturu, tlak, razinu u spremniku, protok u cjevovodu, koncentraciju nečega itd., promjenom upravljačkog djelovanja na aktuatore, kao što su automatski regulacijski ventili, korištenjem proporcionalnih, integrirajućih, diferencirajućih veličina za svoje postavljanje.
Svrha korištenja je dobiti točan kontrolni signal koji može kontrolirati velike industrije, pa čak i reaktore elektrana.
Primjer kontrole temperature
Često se PID regulatori koriste za kontrolu temperature, uzmimo jednostavan primjer zagrijavanja vode u spremniku i razmotrimo ovaj automatski proces.
U posudu se ulijeva tekućina, koja se mora zagrijati na željenu temperaturu i održavati na zadanoj razini. Unutar spremnika je ugrađen senzor temperature - termoelement ili otporni termometar i izravno je spojen na PID regulator.
Za zagrijavanje tekućine opskrbit ćemo paru, kao što je prikazano na donjoj slici, automatskim regulacijskim ventilom. Sam ventil prima signal od regulatora.Operater unosi zadanu vrijednost temperature u PID regulatoru, koja se mora održavati u spremniku.
Ako koeficijenti regulatora nisu ispravno postavljeni, doći će do skokova temperature vode, pri čemu je ventil ili potpuno otvoren ili potpuno zatvoren. U tom slučaju potrebno je izračunati koeficijente PID regulatora i ponovno ih unijeti. Ako je sve učinjeno ispravno, nakon kratkog vremenskog razdoblja sustav će izjednačiti proces i temperatura u spremniku će se održavati na zadanoj razini, dok će stupanj otvaranja regulacijskog ventila biti u srednjem položaju.
Slični članci:
