Diferencialni proporcionalno-integralni regulator je naprava, ki je nameščena v avtomatskih sistemih za vzdrževanje danega parametra, ki se lahko spreminja.
Na prvi pogled je zmedeno, vendar lahko razložite PID regulacijo in za lutke, tj. ljudje, ki niso dobro seznanjeni z elektronskimi sistemi in napravami.
Vsebina
Kaj je PID regulator?
PID regulator je naprava, vgrajena v krmilno vezje z obvezno povratno zvezo. Zasnovan je za vzdrževanje nastavljenih ravni nastavitvenih vrednosti, na primer temperature zraka.
Naprava pošlje krmilni signal ali izhodni signal krmilni napravi na podlagi podatkov, prejetih od senzorjev ali tipal. Krmilniki imajo visoko prehodno natančnost in kvaliteto izvajanja zastavljene naloge.
Trije koeficienti PID regulatorja in princip delovanja
Delovanje PID krmilnika je zagotoviti izhodni signal moči, potrebne za vzdrževanje reguliranega parametra na vnaprej določeni ravni. Za izračun indeksa uporabite kompleksno matematično formulo, ki vključuje 3 koeficiente - proporcionalni, integralni, diferencialni.
Vzemimo kot predmet regulacije rezervoar z vodo, v katerem je potrebno vzdrževati temperaturo na vnaprej določeni ravni z uravnavanjem stopnje odpiranja ventila s paro.
Proporcionalna komponenta se pojavi v trenutku neusklajenosti z vhodnimi podatki. Z enostavnimi besedami se sliši takole - vzame se razlika med dejansko temperaturo in želeno temperaturo, pomnoži z nastavljivim koeficientom in dobi se izhodni signal, ki ga je treba uporabiti na ventilu. tj. takoj, ko stopinje padejo, se začne proces ogrevanja, takoj ko se temperatura dvigne nad želeno raven, se izklopi ali celo ohladi.
Sledi integralna komponenta, ki je zasnovana tako, da kompenzira vplive okolja ali druge moteče vplive na ohranjanje naše temperature na nastavljeni točki. Ker vedno obstajajo dodatni dejavniki, ki vplivajo na nadzorovane naprave, se število spreminja že, ko prispejo podatki za izračun proporcionalne komponente. In večji kot so zunanji vplivi, večja so nihanja v figuri. V napajanju so konice.
Integralna komponenta poskuša vrniti vrednost temperature na podlagi preteklih vrednosti, če se je ta spremenila. Postopek je podrobneje opisan v spodnjem videu.
Nato se izhod regulatorja glede na koeficient napaja za zvišanje ali znižanje temperature. Sčasoma se izbere vrednost, ki kompenzira zunanje dejavnike, in skoki izginejo.
Integral se uporablja za odpravo napak z izračunom statične napake. Glavna stvar v tem procesu je izbrati pravi koeficient, sicer bo napaka (neujemanje) vplivala tudi na integralno komponento.
Tretja komponenta PID je diferencialna komponenta. Zasnovan je tako, da kompenzira učinek zamud, ki nastanejo med vplivom na sistem in povratno informacijo.Proporcionalni regulator zagotavlja moč, dokler temperatura ne doseže želene točke, vendar vedno prihaja do napak, ko informacije potujejo do instrumenta, zlasti pri velikih vrednostih. To lahko povzroči pregrevanje. Diferencial predvideva odstopanja, ki jih povzročajo zamude ali vplivi okolja, in vnaprej zmanjša dobavljeno moč.
Nastavitev PID regulatorja
Nastavitev PID regulatorja poteka na 2 načina:
- Sinteza vključuje izračun parametrov na podlagi modela sistema. Takšna nastavitev je natančna, vendar zahteva globoko poznavanje teorije avtomatskega krmiljenja. To lahko storijo le inženirji in znanstveniki. Ker je treba upoštevati značilnosti toka in narediti veliko izračunov.
- Ročna metoda temelji na metodi poskusov in napak. V ta namen se za osnovo vzamejo podatki že pripravljenega sistema in se izvedejo nekatere prilagoditve enega ali več regulatornih koeficientov. Po vklopu in opazovanju končnega rezultata se parametri spremenijo v pravo smer. In tako naprej, dokler ni dosežena želena raven delovanja.
Teoretična metoda analize in uglaševanja se v praksi redko uporablja, kar je posledica nepoznavanja značilnosti objekta vodenja in množice možnih motečih vplivov. Pogostejše so eksperimentalne metode, ki temeljijo na opazovanju sistema.
Sodobni avtomatizirani procesi se izvajajo kot specializirani moduli pod nadzorom programov za prilagajanje koeficientov regulatorja.
Namen PID regulatorja
PID regulator je zasnovan tako, da vzdržuje nekatere vrednosti, kot so temperatura, tlak, nivo rezervoarja, pretok v cevovodu, koncentracija nečesa itd., na zahtevani ravni s spreminjanjem krmilnega delovanja na aktuatorjih, kot so avtomatski regulacijski ventili, z uporabo proporcionalne, integrativne, diferencialne vrednosti za njegovo nastavitev.
Namen uporabe je pridobitev natančnega krmilnega signala, ki je sposoben krmiliti velike industrije in celo reaktorje elektrarn.
Primer vezja za regulacijo temperature
PID regulatorji se pogosto uporabljajo pri nadzoru temperature, uporabimo preprost primer ogrevanja vode v rezervoarju, da si ogledamo ta samodejni proces.
Rezervoar je napolnjen s tekočino, ki jo je treba segreti na želeno temperaturo in vzdrževati na želeni ravni. V notranjosti rezervoarja je senzor za merjenje temperature - termočlen oz uporovni termometer in je neposredno povezan s PID regulatorjem.
Za ogrevanje tekočine bomo dovajali paro, kot je prikazano na spodnji sliki, s samodejnim krmilnim ventilom. Ventil sam prejme signal od krmilnika. Operater v PID regulator vnese vrednost nastavljene temperature, ki jo je treba vzdrževati v rezervoarju.
Če koeficienti regulatorja niso pravilni, bo temperatura vode skočila in ventil bo popolnoma odprt ali popolnoma zaprt. V tem primeru je treba koeficiente PID izračunati in ponovno vnesti. Če je vse opravljeno pravilno, bo sistem po kratkem času izenačil proces in temperatura v rezervoarju se bo ohranila na nastavljeni točki, pri čemer bo stopnja odprtja regulacijskega ventila v srednjem položaju.
Povezani članki:
