ПИД-регулятор: особенности, настройка

Автоматическое управление процессами подразумевает измерение системой значений определённых параметров и изменение показателей в необходимую сторону Так, например, контроль температуры в некоторых нагревательных устройствах позволяет в автоматическом режиме регулировать мощность работы приборов: если температура при нагревании достигает установленного максимального значения, мощность прибора снижается, чтобы предотвратить перегрев Подобное взаимодействие элементов системы находит применение во многих областях техники
 

Эффективным средством регулирования параметров системы является ПИД-регулятор Он принимает данные от различных элементов и образует соответствующий управляющий сигнал В случае с контролем нагрева, схема работы ПИД-регулятора следующая: регулятор от датчика температуры получает информацию о нагреве устройства, в соответствии с ней формирует и посылает сигнал элементу, ответственному за регулирование мощности нагревательного элемента

Название ПИД-регулятора является аббревиатурой и расшифровывается как пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор

Пропорциональная составляющая

Для поддержания нужного значения какого-либо параметра регулятор будет посылать сигналы, дающие команду элементам достигнуть необходимого показателя Сигнал пропорционален отклонению параметров системы от необходимых Если отклонение равно нулю, то и сигнал для изменения также будет отсутствовать

Использование одного лишь пропорционального регулятора в ряде случаев невозможно Так, при приближении значения температуры нагревателя к установленному мощность устройства будет снижаться При снижении мощности приближение будет происходить всё медленнее Нужная температура в итоге никогда не будет достигнута Для исключения таких вариантов развития событий применяются дополнительные регуляторы

Интегральная составляющая

Регулятор интегрального типа подводит систему к необходимому значению параметра Однако делает это не сразу, а производя колебания значений вблизи требуемого показателя В случае с нагревателем интегральный регулятор прикажет превысить максимальную температуру, затем опуститься ниже неё, затем снова превысить, но на меньшее значение, затем снова опуститься, также на меньшее значение, и в конце концов температура стабилизируется

Дифференциальная составляющая

Скорость приближения параметра к необходимому значению оценивается дифференциальным регулятором, который формирует сигнал на увеличение быстродействия системы

Настройка ПИД-регулятора

Поиск нужных коэффициентов составляющих в регуляторе может производится разными способами

• Установить максимальную мощность работы регулируемого прибора Увеличить значение пропорционального регулятора, наблюдать за поведением системы Увеличивать значение до тех пор, пока не появятся колебания, вызываемые перерегулированием
• Уменьшить значение пропорционального регулятора, добиться стабилизации системы (затухания колебаний)
• Снизить значение пропорционального регулятора на 15% ниже уровня стабилизации системы Снизить мощность работы регулируемого прибора
• Ступенчато повышать максимальную мощность работы регулируемого прибора Увеличивать значение интегрального регулятора до момента возникновения затухающих колебаний Уменьшить значение интегрального регулятора до уровня, когда система будет достигать нужного значения без колебаний
• Если имеется необходимость установить значение дифференциального регулятора, то при ступенчатом повышении скорости необходимо увеличивать значение этого регулятора до момента получения системой стабильного состояния с наименьшем времени обработки сигнала Значение можно считать подходящим при возникновении в системе одного перерегулирования
• Проверить точность настройки системы путём выставления различных мощностей работы регулируемого прибора