X

Телефоны офиса в Екатеринбурге:

+7 (343) 310-19-07

+7 (343) 378-73-95

Отдел продаж:

(343) 263-74-24 (343) 365-82-20

620026 Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 145, а/я 204
Эл. почта: mail@sensorika.ru

+7 (343) 310-19-07 +7 (343) 378-73-95

Законы регулирования
Титульная / ПИД-регуляторы / Общие сведения / Законы регулирования Версия для печати

Автоматический регулятор должен учитывать время запаздывания системы регулирования и обеспечивать протекание технологического процесса в переделах допустимых отклонений. Важнейшие характеристики регулятора, которые определяют качество его работы, это точность и быстродействие. На практике наибольшее распространение получили два закона регулирования: двухпозиционный (включено/выключено) и более совершенный, связанный с  непрерывным управлением, который получил наименование пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) закона.

ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР (ON/OFF)

Двухпозиционный регулятор (ON/OFF) вырабатывает выходную мощность, которая может иметь только два значения: минимальное-"0" и максимальное-"1":

-"0" (0%)-"нагреватель" выключен;

-"1" (100%)-"нагреватель" включен.

Двухпозиционный регулятор включает "нагреватель" при значениях регулируемого параметра, меньших уставки, и выключает при значениях, больших уставки. Так работает двухпозиционный регулятор в отсутствие гистерезиса.

Можно задать значение гистерезиса двухпозиционного регулятора HYS.С. Тогда состояние "нагревателя" будет переключаться в тот момент, когда отклонение регулируемого параметра от установки достигнет половины величины HYS.C.

Двухпозиционный регулятор не нуждается в сложной настройке. Для него можно задать задержки переключения, а также время удержания исполнительного механизма во включенном и выключенном состоянии.

Задержка переключения (параметр dEL) служит для предотвращения кратковременный и ложных срабатываний регулятора и, соответственно, предотвращения пиковых включений исполнительных механизмов. При заданном времени задержки отсчет задержки начинается с момента переключения выходного сигнала, и переключение регулятора блокируется до момента истечения времени задержки.

ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

ПИД-регулирование является наиболее точным методом поддержания контролируемой величины. Однако для эффективной работы ПИД-регулятор необходимо подобрать для конкретного объекта регулирования ряд коэффициентов. Задача настройки ПТД-регулятора довольно сложная, но она может быть выполнена в автоматическом режиме.

В общем виде ПИД-регулятор содержит усилитель, интегратор и дифференциатор. При появлении на входе регулятора рассогласования усилитель в первый момент быстро генерирует управляющее воздействие, компенсируя значительную часть рассогласования. Одновременно с этим в работу вступает интегратор, который медленно приближает регулируемый параметр к заданному значению. Дифференциатор, реагирующий на скорость изменения рассогласования, форсирует работу прибора в тех случаях, когда параметр начинает быстро отклоняться от требуемой величины.

ПИД-регулятор можно приспособить для автоматизации самых разнообразных процессов путем задания значений трех коэффициентов, изменяющих удельный вес П-, И-, Д- составляющих в законе регулирования.

На выходе ПИД-регулятора вырабатывается сигнал управления:

В формуле е обозначает рассогласования, рассчитываемое как разность уставки и текущего значения параметра: e=YCT-Y. Из формулы видно, что сигнал управления представляет собой сумму трех составляющих: пропорциональной, интегральной и дифференциальной.

Пропорциональная часть формулы формирует реакцию регулятора на текущее значение рассогласования. Параметр РР называется полосой пропорциональности (ПП) и имеет такую же единицу измерении, что и управляемый параметр. РР равна такому значению рассогласования, при котором пропорциональная составляющая сигнала управления достигает 100%. Например, при уставке в 2000С, текущей температуре 1500С и полосе пропорциональности 100%. Например, при уставке в 2000С, текущей температуре 1500С и полосе пропорциональности РР=50%. Этот параметр играет  самую важную роль, поскольку влияет на все 3 составляющие. Уменьшение значения этого параметра уменьшает время переходного процесса, однако при этом повышаются  требования к исполнительному механизму, по сколько рассчитанный сигнал не должен превышать 100% мощности.

Второй компонент формулы-рассчитывается, как интеграл о рассогласования по времени и потому называется интегральной составляющей (ИС). Интегральная составляющая обеспечивает поддержание стабильного значения параметра, а также позволяет регулятору "учиться" на предыдущем опыте. Множитель определяет скорость "накопления" мощности ИС, параметр Тназывается временем интегрирования (ВИ), и имеет размерность секунд. Фактически Топределяет инерциональнностью объекта: чем больше инерционность, тем большее значение Tследует выбрать. При стабильном значении параметра на уровне уставки, пропорциональная и дифференциональная составляющая равна 0, и только накопленная интегральная позволяет компенсировать влияние процессов, стремящихся изменить значение параметра. Например, при стабилизации температуры неизбежно происходят процессы теплообмена со средой, в которой расположен объект, интегральная составляющая позволяет компенсировать потерю тепла в установившемся режиме, за счет поддержания ненулевого уровня мощности нагревателя.

Дифференциальная составляющая (ДС) используется для улучшения вида переходного процесса, она рассчитывается как производная от сигнала ошибки, умноженная на коэффициент Тd.

ДС "противодействует" слишком быстрому изменению рассогласования, а значит и изменению параметра, которое может привести к "перелету уставки" (перерегулированию), чем выше скорость изменения параметра, тем сильнее ее влияние на сигнал управления. Тd-время дифференцирования (ВД)-основной (помимо РР), параметр определяющий вклад ДС в суммарный сигнал управления является. На участке ТП, где рассогласование изменяется плавно значение ДС пропорционально только Тd. Для ограничения ДС при ступенчатых изменениях рассогласования, вызванных резкими скачки задания, параметра или помезами, используется дополнительный параметр-τ-постоянная времени дифференцирования (ПВД).

Прибор автоматически определяет оптимальные значения коэффициентов ПИД-регулирования.

Прибор определяет как суммарное значение сигнала управления, так и вклад каждой из трех (ПС, ИС и ДС) составляющих по отдельности. Эти данные передаются на ПК и могут отображаться на мониторе, что позволяет настраивать ПИД-регулятор также в ручном режиме.

Выходные каскады.

При работе прибора в режиме ПИД-регулятора для управления внешними устройствами могут использоваться аналоговый выход (токовые сигналы 0-5, 0-20 или 4-20 мА) и релейный выходной каскад (РВК), при этом РВК будет работать  в режиме ШИМ. В этом случае необходимо задать период следования ШИМ-импульсов и минимальную импульсную, при которой еще производится включение РВК.

  

Принцип формирования ШИМ-сигнала для "нагревателя"

Чем выше частота управляющих импульсов, тем точнее реакция регулятора на внешние измерения. Если ВК-транзисторная или симисторная оптопара, то период следования импульсов можно установить равным 1с. Если ВК-электромагнитное реле то слишком малое значение периода приведет к частым переключениям и быстрому износу силовых контактов. Поэтому необходимо задать большее значение параметра, но следует понимать, что это может ухудшить качество регулирования.

  

Задание параметров ШИМ-сигнала

Если исполнительным органом является электрический механизм типа МЭО управляется двумя релейными выходами прибора, один формирует сигнал "добавить", второй-сигнал "убавить". Сигналы "добавить" и "убавить" рассчитываются по приращению значения Рк (мощности управляющего воздействия) от данного предыдущего цикла решения. Если приращение положительно, то выдается сигнал "добавить", если отрицательно -"убавить". Сигнал "добавить" или "убавить" представляет собой включение релейного выхода на время, равное Т=Ркмэо, где Тмэо-время полного хода МЭО.