Меню

Что такое время дифференцирования регулятора



Дифференциальные (Д) регуляторы.

Они бывают двух видов: пропорционально-дифференциальные и пропорционально-интегралодифференциальные.

Такие регуляторы целесообразно применять в тех случаях, когда нагрузка объектов регулирования изменяется часто и быстро, а за­паздывания велики.

ПД-регулятор осуществляет регулирование не только по величине отклонения регулируемого параметра, но и по его скорости.

Такое регулирование применяют в тех случаях, когда в САР имеют­ся большие запаздывания, отрицательно влияющие на качество ре­гулирования. Уменьшить это влияние можно, если оказать на объ­ект опережающее (предварительное) регулирующее воздействие с учетом скорости изменения регулируемого параметра.

Устройства, позволяющие выработать это воздействие, называ­ются дифференцирующими, или устройствами предварения. Как правило, ими дополняют П- и ПИ-регуляторы, поэтому их также называют приставками. ПД-регулятор образован П-регулятором и Д-приставкой. Он работает согласно уравнению

где Т д — время дифференцирования (предварения) — настроечный параметр Д-приставки.

Схема регулятора изображена на рис. 5, а применительно к ре­гулированию давления газа. С объектом связаны верхняя и нижняя полости мембранной коробки Д-приставки, причем на входе в ниж­нюю установлен регулируемый дроссель. Шток выводится через уплотнительный сильфон. Когда давление газа постоянно, а дрос­сель несколько приоткрыт, это Давление устанавливается в обеих полостях коробки и мембрана уравновешивается сверху и снизу. Если же давление в объекте, а следовательно, и в верхней полости резко снижается, то в первый момент времени мембрана окажется неуравновешенной — дроссель не позволит быстрому снижению давления снизу ее. Под действием возникшего перепада давлений мембрана так же резко прогнется вверх и через шток переме­стит затвор регулирующего органа в крайнее верхнее положение. В этот же момент начнется медленный переток газа из нижней полости через дроссель, и давление в ней постепенно снизится до ве­личины сверху мембраны, которая вновь уравновесится и вернется в исходное состояние. Затвор, двигаясь обратно вниз, займет положение, в которое его установит П-узел регулятора. Временная характеристика ПД-регулятора показана на рис. 5, б. Из нее видно, что Д-приставка реагирует только на скорость изменения регулируемого параметра, временно увеличивая чувствительность П-регулятора. Поэтому проходное сечение регулирующего органа в момент отклонения ре­гулируемого параметра дополнительно изменяется, что обеспечи­вает компенсацию запаздывания. В рассмотренном примере время Т д устанавливается дросселем. Чем меньше он открыт, тем больше будет эффект предварения. П-регулятор настраивается известным образом. Д-приставку можно подключать и к ПИ-регулятору тогда получится еще более сложный ПИД-регулятор с тремя настроечны­ми параметрами К р, Т и, Т Д.

Читайте также:  Пассат б5 регулятора подогрева сидений

Для осуществления непрерывных законов регулирования ис­пользуются регуляторы и контроллеры с непрерывным стандарт­ным выходным сигналом. За основу алгоритма управления в таких устройствах принимают ПИД-закон, который позволяет, манипу­лируя настройками, реализовать любой закон регулирования, тре­буемый в данной САР

Рисунок 5 – ПД-регулятор

а – схема регулятора; б -временная характеристика

1 Дать определение закону регулирования

2 Какой закон называют П-законом регулирования? Привести уравнение зависимости выходного сигнала от входного, график переходного процесса и пример П-регулятора

3 Какой закон называют И-законом регулирования? Привести уравнение зависимости выходного сигнала от входного, график переходного процесса и пример И-регулятора

4 Какой закон называют ПИ-законом регулирования? Привести уравнение зависимости выходного сигнала от входного, график переходного процесса и пример ПИ-регулятора

5 Какой закон называют ПД-законом регулирования? Привести уравнение зависимости выходного сигнала от входного, график переходного процесса и пример ПД-регулятора

6 Какой закон называют ПИД-законом регулирования? Привести уравнение зависимости выходного сигнала от входного, график переходного процесса и пример ПИД-регулятора

Источник

Что такое ПИД регулятор для чайников?

Содержание

  1. Что такое ПИД регулятор?
  2. Три коэффициента ПИД регулятора и принцип работы
  3. Настройка ПИД регулятора
  4. Назначение ПИД регулятора
  5. Пример схемы регулирования температуры

Дифференциальный пропорционально-интегральный регулятор — устройство, которое устанавливают в автоматизированных системах для поддержания заданного параметра, способного к изменениям.

На первый взгляд все запутанно, но можно объяснить ПИД регулирование и для чайников, т.е. людей, не совсем знакомых с электронными системами и приборами.

Что такое ПИД регулятор?

ПИД регулятор — прибор, встроенный в управляющий контур, с обязательной обратной связью. Он предназначен для поддержания установленных уровней задаваемых величин, например, температуры воздуха.

Устройство подает управляющий или выходной сигнал на устройство регулирования, на основании полученных данных от датчиков или сенсоров. Контроллеры обладают высокими показателями точности переходных процессов и качеством выполнения поставленной задачи.

Три коэффициента ПИД регулятора и принцип работы

Работа ПИД-регулятора заключается в подаче выходного сигнала о силе мощности, необходимой для поддержания регулируемого параметра на заданном уровне. Для вычисления показателя используют сложную математическую формулу, в составе которой есть 3 коэффициента — пропорциональный, интегральный, дифференциальный.

Читайте также:  Схема блока регуляторов давления

Возьмем в качестве объекта регулирования ёмкость с водой, в которой необходимо поддерживать температуру на заданном уровне с помощью регулирования степени открытия клапана с паром.

Пропорциональная составляющая появляется в момент рассогласования с вводными данными. Простыми словами это звучит так — берется разница между фактической температурой и желаемой, умножается на настраиваемый коэффициент и получается выходной сигнал, который должен подаваться на клапан. Т.е. как только градусы упали, запускается процесс нагрева, поднялись выше желаемой отметки — происходит выключение или даже охлаждение.

Дальше вступает интегральная составляющая, которая предназначена для того, чтобы компенсировать воздействие окружающей среды или других возмущающих воздействий на поддержание нашей температуры на заданном уровне. Поскольку всегда присутствуют дополнительные факторы, влияющие на управляемые приборы, в момент поступления данных для вычисления пропорциональной составляющей, цифра уже меняется. И чем больше внешнее воздействие, тем сильнее происходят колебания показателя. Происходят скачки подаваемой мощности.

Интегральная составляющая пытается на основе прошлых значений температуры, вернуть её значение, если оно поменялось. Подробнее процесс описан в видео ниже.

А дальше выходной сигнал регулятора, согласно коэффициенту, подается для повышения или понижения температуры. Со временем подбирается та величина, которая компенсирует внешние факторы, и скачки исчезают.

Интеграл используется для исключения ошибок путем расчета статической погрешности. Главное в этом процессе — подобрать правильный коэффициент, иначе ошибка (рассогласование) будет влиять и на интегральную составляющую.

Третий компонент ПИД — дифференцирующий. Он предназначен для компенсации влияния задержек, возникающих между воздействием на систему и обратной реакцией. Пропорциональный регулятор подает мощность до тех пор, пока температура не достигнет нужной отметки, но при прохождении информации к прибору, особенно при больших значениях, ошибки всегда возникают. Это может привести к перегреву. Дифференциал прогнозирует отклонения, вызванные задержками или воздействием внешней среды, и снижает подаваемую мощность заранее.

Настройка ПИД регулятора

Настройка ПИД-регулятора осуществляется 2 методами:

  1. Синтез подразумевает вычисление параметров на основании модели системы. Такая настройка получается точной, но требует глубоких познаний теории автоматического управления. Она подвластна только инженерам и ученым. Так как необходимо снимать расходные характеристики и производить кучу расчетов.
  2. Ручной способ основывается на методе проб и ошибок. Для этого за основу берутся данные уже готовой системы, вносятся некоторые коррективы в один или несколько коэффициентов регулятора. После включения и наблюдений за конечным результатом проводится изменение параметров в нужном направлении. И так до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень работоспособности.
Читайте также:  Полуприцеп маз регулятор тормозных сил

Теоретический метод анализа и настройки на практике применяются крайне редко, что связано с незнанием характеристик объекта управления и кучей возможных возмущающих воздействий. Более распространены экспериментальные методы на основе наблюдения за системой.

Современные автоматизированные процессы реализуются как специализированные модули под управлением программ для настройки коэффициентов регулятора.

Назначение ПИД регулятора

ПИД регулятор предназначен для поддержания на требуемом уровне некой величины — температуры, давления, уровня в резервуаре, расхода в трубопроводе, концентрации чего-либо и т.д., изменением управляющего воздействия на исполнительные механизмы, такие как автоматические регулирующие клапана, используя для этого пропорциональную, интегрирующую, дифференцирующую величины для своей настройки.

Целью использования является получение точного управляющего сигнала, который способен контролировать большие производства и даже реакторы электростанций.

Пример схемы регулирования температуры

Часто ПИД регуляторы используются при регулировке температуры, давайте на простом примере подогрева воды в ёмкости рассмотрим данный автоматический процесс.

В емкости налита жидкость, которую нужно подогреть до нужной температуры и поддерживать её на заданном уровне. Внутри бака установлен датчик измерения температуры — термопара или термометр сопротивления и напрямую связан с ПИД-регулятором.

Для подогрева жидкости будем подавать пар, как показано ниже на рисунке, с клапаном автоматического регулирования. Сам клапан получает сигнал от регулятора. Оператор вводит значение температурной уставки в ПИД-регуляторе, которую необходимо поддерживать в ёмкости.

Если настройки коэффициентов регулятора неверны, будут происходить скачки температуры воды, при этом клапан будет то полностью открыт, то полностью закрыт. В этом случае необходимо рассчитать коэффициенты ПИД регулятора и ввести их заново. Если все сделано правильно, через небольшой промежуток времени система выровняет процесс и температура в ёмкости будет поддерживаться на заданной отметке, при этом степень открытия регулирующего клапана будет находиться в среднем положении.

Источник