Diferenciální proporcionálně-integrální regulátor je zařízení, které je instalováno v automatizovaných systémech k udržování daného parametru, který se může měnit.
Na první pohled je vše nepřehledné, ale PID řízení lze vysvětlit i pro figuríny, tzn. lidé, kteří nejsou zcela obeznámeni s elektronickými systémy a zařízeními.
Obsah
Co je PID regulátor?
PID regulátor je zařízení zabudované do regulační smyčky s povinnou zpětnou vazbou. Je navržen tak, aby udržoval nastavené úrovně nastavených hodnot, jako je teplota vzduchu.
Zařízení dodává řídicí nebo výstupní signál do řídicího zařízení na základě dat přijatých ze snímačů nebo snímačů. Kontroléry mají vysokou míru přesnosti přechodných procesů a kvalitu úlohy.
Tři koeficienty PID regulátoru a princip činnosti
Úkolem PID regulátoru je poskytovat výstupní signál o množství energie potřebné k udržení regulované proměnné na dané úrovni. Pro výpočet ukazatele se používá složitý matematický vzorec, který zahrnuje 3 koeficienty - proporcionální, integrální, diferenciální.
Vezměme si jako předmět regulace nádobu s vodou, ve které je nutné udržovat teplotu na dané úrovni nastavením stupně otevření ventilu párou.
Poměrná složka se objeví v okamžiku nesouhlasu se vstupními údaji. Zjednodušeně to zní takto – odebere se rozdíl mezi skutečnou teplotou a požadovanou teplotou, vynásobí se nastavitelným koeficientem a získá se výstupní signál, který by měl být přiveden na ventil. Tito. jakmile stupně klesnou, spustí se proces ohřevu, stoupnou nad požadovanou značku - vypne se nebo se dokonce ochladí.
Pak přichází na řadu integrální složka, která má za úkol kompenzovat vliv prostředí nebo jiné rušivé vlivy na udržení naší teploty na dané úrovni. Vzhledem k tomu, že vždy existují další faktory, které ovlivňují ovládaná zařízení, údaj se již mění podle času, kdy jsou přijata data pro výpočet proporcionální složky. A čím větší je vnější vliv, tím silnější jsou výkyvy ukazatele. Dochází k přepětí.
Integrální komponenta se snaží na základě minulých teplot vrátit svou hodnotu, pokud se změnila. Postup je podrobněji popsán ve videu níže.
A pak je výstupní signál regulátoru podle koeficientu aplikován pro zvýšení nebo snížení teploty. Časem se vybere hodnota, která kompenzuje vnější faktory, a skoky zmizí.
Integrál se používá k odstranění chyb výpočtem statické chyby. Hlavní věcí v tomto procesu je vybrat správný koeficient, jinak chyba (neshoda) ovlivní i integrální složku.
Třetí složkou PID je diferenciátor. Je navržen tak, aby kompenzoval vliv zpoždění, ke kterému dochází mezi dopadem na systém a zpětnou vazbou. Proporcionální regulátor dodává energii, dokud teplota nedosáhne požadované úrovně, ale při přechodu informace do zařízení, zejména při velkých hodnotách, vždy dochází k chybám. To může vést k přehřátí. Diferenciál předpovídá odchylky způsobené zpožděním nebo vlivy prostředí a předem snižuje dodávaný výkon.
Ladění PID regulátoru
Ladění PID regulátoru se provádí dvěma způsoby:
- Syntéza zahrnuje výpočet parametrů na základě modelu systému. Toto nastavení je přesné, ale vyžaduje hluboké znalosti teorie automatického řízení. Podléhá pouze inženýrům a vědcům. Protože je nutné odstranit charakteristiky spotřeby a udělat spoustu výpočtů.
- Manuální metoda je založena na pokusu a omylu. K tomu se za základ berou data již hotového systému, provádějí se některé úpravy jednoho nebo více koeficientů regulátoru. Po zapnutí a pozorování konečného výsledku se parametry změní správným směrem. A tak dále, dokud není dosaženo požadované úrovně výkonu.
Teoretická metoda analýzy a ladění se v praxi používá jen zřídka, což je způsobeno neznalostí vlastností řídicího objektu a hromadou možných rušivých vlivů. Častější jsou experimentální metody založené na monitorování systému.
Moderní automatizované procesy jsou realizovány jako specializované moduly pod kontrolou programů pro úpravu koeficientů regulátoru.
Účel PID regulátoru
PID regulátor je navržen tak, aby udržoval určitou hodnotu na požadované úrovni - teplota, tlak, hladina v nádrži, průtok v potrubí, koncentrace něčeho atd., změnou regulačního působení na akční členy, jako jsou automatické regulační ventily, použití proporcionálních, integračních, diferencujících veličin pro jeho nastavení.
Účelem použití je získání přesného řídicího signálu, který je schopen řídit velká průmyslová odvětví a dokonce i elektrárenské reaktory.
Příklad regulace teploty
K regulaci teploty se často používají PID regulátory, uveďme si jednoduchý příklad ohřevu vody v zásobníku a uvažujme tento automatický proces.
Do nádoby se nalije kapalina, která se musí zahřát na požadovanou teplotu a udržovat na dané úrovni. Uvnitř nádrže je instalován snímač teploty - termočlánek nebo odporový teploměr a je přímo připojen k PID regulátoru.
K ohřevu kapaliny přivedeme páru, jak je znázorněno na obrázku níže, s automatickým regulačním ventilem. Samotný ventil přijímá signál z regulátoru.Obsluha zadá do PID regulátoru požadovanou hodnotu teploty, která musí být udržována v nádrži.
Pokud nejsou koeficienty regulátoru nastaveny správně, dojde ke skokům teploty vody, přičemž ventil je buď zcela otevřený, nebo zcela uzavřený. V tomto případě je nutné vypočítat koeficienty PID regulátoru a znovu je zadat. Pokud je vše provedeno správně, systém po krátké době proces vyrovná a teplota v nádrži bude udržována na dané úrovni, přičemž stupeň otevření regulačního ventilu bude ve střední poloze.
Podobné články:
