Типовые регуляторы и регулировочные характеристики

Д ля регулирования объектами управления, как правило, используют типовые регуляторы, названия которых соответствуют названиям типовых звеньев (описание типовых звеньев представлено в разделе 2.4):

На практике данные простейшие П, И, Д регуляторы комбинируются в регуляторы вида ПИ, ПД, ПИД (см. рис.1):

В зависимости от выбранного вида регулятор может иметь пропорциональную характеристику (П), пропорционально-интегральную характеристику (ПИ), пропорционально-дифференциальную характеристику (ПД) или пропорционально-интегральную (изодромную) характеристику с воздействием по производной (ПИД-регулятор).

ПИД-регулятор представляет собой сочетание П-, И- и Д-регуляторов. Передаточная функция ПИД-регулятора: W_пид(s) = K₁ + K₀ / s + K₂ s.

Наиболее часто используется ПИД-регулятор, поскольку он сочетает в себе достоинства всех трех типовых регуляторов.

Структурные схемы непрерывных регуляторов

В процессе работы система автоматического регулирования АР (регулятор) сравнивает текущее значение измеряемого параметра Х, полученного от датчика Д, с заданным значением (заданием SP) и устраняет рассогласование регулирования E (B=SP-PV). Внешние возмущающие воздействия Z также устраняются регулятором. Работа приведенных структурных схем отличается методом формирования выходного управляющего сигнала регулятора.

Непрерывный регулятор с аналоговым выходом

Структурная схема непрерывного регулятора с аналоговым выходом приведена на рис.2.

Выход Y регулятора АР (например, сигнал 0-20мА, 4-20мА, 0-5мА или 0-10В) воздействует через электропневматический преобразователь Е/Р сигналов (например, с выходным сигналом 20-100кПа) или электропневматический позиционный регулятор на исполнительный элемент К (регулирующий орган).

Непрерывный регулятор с импульсным выходом

Структурная схема непрерывного регулятора с импульсным выходом приведена на рис.3.

Непрерывный регулятор с ШИМ (широтно импульсным модулированным) выходом

Структурная схема непрерывного регулятора с ШИМ (широтно импульсным модулированным) выходом приведена на рис.4.

Выходной управляющий сигнал регулятора (транзистор, реле, симистор) через контактные или бесконтактные управляющие устройства (П) воздействуют на исполнительный элемент К (регулирующий орган).

Непрерывные регуляторы с ШИМ выходом широко применяются в системах регулирования температуры, где выходной управляющий симисторный элемент (или твердотельное реле, пускатель) воздействуют на термоэлектрический нагреватель ТЭН, или вентилятор.

Согласование выходных устройств непрерывных регуляторов

В ыходной сигнал регулятора должен быть согласован с исполнительным механизмом и исполнительным устройством.

В соответствии с видом привода и исполнительным механизмом необходимо использовать выходное устройство непрерывного регулятора соответствующего типа, см. таблицу 1.

Реакция регулятора на единичное ступенчатое воздействие

В данном разделе приведены переходные процессы системы управления при единичном ступенчатом изменении заданной точки при использовании регуляторов с различным законом регулирования.

П-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

П араметрами П-регулятора являются коэффициент усиления Кр и рабочая точка Y₀. Рабочая точка Y₀ определяется как значение выходного сигнала, при котором рассогласование регулируемой величины равно нулю. При влиянии возмущающих воздействий возникает, в зависимости от Y₀, отклонение регулирования.

ПИ-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

В отличие от П-регулятора у ПИ-регулятора, благодаря интегральной составляющей, исключается отклонение регулирования.

Параметром интегральной составляющей является время интегрирования Ти.

ПД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

У ПД-регуляторов пропорциональная составляющая накладывается на затухающую дифференциальную составляющую.

Д-составляющая определяется через усиление упреждения Уд и время дифференцирования Тд.

ПИД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

Б лагодаря дополнительному подключению Д-составляющей ПИД-регулятор достигает улучшения динамического качества регулирования.

Источник

Как устроен и работает автоматический регулятор на примере камеры инкубатора

Наиболее простой и распространенной формой автоматического управления работой технических устройств является автоматическое регулирование, которым называется способ поддержания заданного параметра постоянным (например, скорости вращения вала, температуры среды, давления пара) или способ обеспечения его изменения по определенному закону. Оно может осуществляться соответствующими действиями человека или автоматически, т. е. при помощи соответствующих технических устройств — автоматических регуляторов.

Регуляторы, поддерживающие значение параметра постоянным, называются собственными, а регуляторы, обеспечивающие изменение параметра по определенному закону — программными.

В 1765 г. русским механиком И. И. Ползуновым был изобретен автоматический регулятор производственного назначения, который поддерживает приблизительно постоянным уровень воды в паровых котлах. В 1784 г. английский механик Дж. Уатт изобрел автоматический регулятор для поддержания постоянной скорости вращения вала паровой машины.

Рассмотрим, как можно поддерживать температуру постоянной в камере, называемой термостатом, примером которого может быть камера инкубатора.

Термостаты широко применяются в различных отраслях промышленного производства, особенно в пищевой промышленности. Наконец, термостатом в зимнее время можно считать и жилое помещение, если в нем при помощи специальных вентилей, имеющихся у радиаторов отопления, поддерживается постоянная температура. Покажем, как осуществляется неавтоматическое регулирование температуры в помещении.

Допустим, что желательно поддержать температуру, равную 20°С. За ней следят по комнатному термометру. Если она поднимается выше, то вентиль радиатора немного прикрывают. Этим замедляют поступление в последний горячей воды. Его температура понижается, а следовательно, уменьшается приток энергии в помещение, где температура воздуха также становится ниже.

Когда же температура воздуха в помещении оказывается меньше 20°С, то вентиль открывают и тем самым увеличивают поступление в радиатор горячей воды, благодаря чему температура в помещении повышается.

При таком регулировании происходят небольшие колебания температуры воздуха около заданного значения (в рассмотренном примере около 20°С).

Из этого примера видно, что в процессе регулирования необходимо выполнить определенные действия:

При неавтоматическом регулировании эти действия выполняет человек-оператор.

Регулирование может осуществляться и без вмешательства человека, т. е. техническими устройствами. В этом случае говорят об автоматическом регулировании, которое осуществляется с помощью автоматического регулятора. Выясним, из каких частей он состоит и как эти части между собой взаимодействуют.

Измерение фактического значения регулируемого параметра осуществляется измерительным органом, называемым датчиком (в примере с инкубатором — датчиком температуры).

Результаты измерения выдаются датчиком в форме какого-либо физического сигнала (высота столба термометрической жидкости, деформация биметаллической пластины, значение напряжения или силы тока на выходе датчика и др.).

Сопоставление фактического значения регулируемого параметра с заданным производится специальным органом сравнения, называемым нуль-органом. При этом происходит определение разности между фактическим значением регулируемого параметра и заданным (т. е. необходимым) его значением. Эта разность называется ошибкой регулирования. Она может быть как положительной, так и отрицательной.

Значение ошибки регулирования преобразуется в определенный физический сигнал, который воздействует на исполнительный орган, управляющий состоянием объекта регулирования. Именно в результате воздействия исполнительного органа на объект происходит увеличение или уменьшение регулируемого параметра в зависимости от знака ошибки регулирования.

Таким образом, основными частями автоматического регулятора являются: измерительный орган (датчик), орган сравнения (нуль-орган) и исполнительный орган.

Для того чтобы нуль-орган мог сопоставлять измеренное значение регулируемой величины с заданным, необходимо в автоматический регулятор ввести задаваемое значение параметра. Это осуществляется с помощью специального устройства, так называемого задатчика, который преобразует автоматического регулирования задаваемое значение параметра в физический сигнал определенного уровня.

При этом важно, чтобы физические сигналы на выходах датчика и задатчика были одной и той же природы. Только в этом случае возможно их сопоставление нуль-органом.

Необходимо еще отметить, что мощность выдаваемого сигнала, соответствующего ошибке регулирования, как правило, недостаточна для управления работой исполнительного органа. В связи с этим указанный сигнал подвергается предварительному усилению. Следовательно, в состав автоматического регулятора, кроме указанных трех основных частей (датчика, нуль-органа и исполнительного органа), входят еще задатчик и усилитель.

Типовая структурная схема системы автоматического регулирования

Как видно из этой схемы, система автоматического регулирования является замкнутой. От объекта регулирования информация о значении регулируемого параметра поступает к датчику, а затем в нуль-орган, далее сигнал, соответствующий ошибке регулирования, поступает через усилитель в исполнительный орган, который оказывает необходимое воздействие на объект регулирования.

Движение сигналов от объекта регулирования к нуль-органу — это обратная связь. Наличие обратной связи — необходимое условие для осуществления процесса регулирования. На такую замкнутую цепь влияют и внешние воздействия.

Во-первых (и это самое главное), внешним воздействиям подвергается объект регулирования. Именно эти воздействия являются причиной изменения параметров его состояния и вызывают необходимость в регулировании.

Во-вторых, внешним воздействием на цепь системы автоматического регулирования является введение в нуль-орган при помощи задатчика необходимого значения регулируемого параметра, которое определяется на основе анализа режима работы всей системы, куда входит данное автоматическое устройство. Этот анализ проводится человеком или управляющим компьютером.

Источник

ПИД-регулятор. Методика настройки

2020-07-10 Промышленное 12 комментариев

ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный) — устройство, с обратной связью, применяемое в автоматических системах управления для поддержания заданного значения параметра. Благодаря своей универсальности они широко применяются в различных технологических процессах.

Выходной сигнал регулятора определяется по следующей формуле:

u (t) = P + I + D = Kp e (t) + Ki ∫e (t) dt + Kd de (t)/dt

u (t) – выходной сигнал регулятора;

P – пропорциональная составляющая;

I – интегрирующая составляющая;

D – дифференцирующая составляющая;

Ki — интегральный коэффициент

Kd – дифференциальный коэффициент

e (t) – ошибка рассогласования

Задачи ПИД-регулятора в системах АСУ ТП

Основная задача ПИД регулятора состоит в поддержании определенного значения параметра технологического процесса на заданном уровне. То есть говоря простым языком, задача ПИД-регулятора заключается в том, чтобы учитывая полученные значения с датчиков (обратная связь) воздействовать на объект управления, плавно подводя регулируемое значение к заданным уставкам. Применение ПИД регуляторов целесообразно, а зачастую и единственно возможно в процессах, где необходима высокая точность переходных процессов, непрерывный контроль и регулирование заданных параметров, недопустимы значительные колебания в системе.

Сравнение ПИД –регулятора с позиционным регулированием

В системах АСУ ТП наибольшее распространение получили два типа регуляторов – двухпозиционный и ПИД.

Двухпозиционный регулятор наиболее простой в использовании и широко распространенный.

Данный тип регулятора сравнивает значение входной величины с заданным параметром уставки. Если значение измеренной величины ниже заданного значения уставки, регулятор включает исполнительное устройство, при превышении заданного значения, исполнительное устройство выключается. Для предотвращения слишком частого срабатывания устройства, в следствии колебаний системы и следовательно изменении значений, задается минимальный и максимальный порог срабатывания — гистерезис, или по другому зона нечувствительности, мертвая зона, дифференциал. Например, нам необходимо поддерживать температуру в 15°С. Если гистерезис задан 2°, то регулятор будет включать нагрев при 14°С и отключать соответственно при 16°С.

Так или иначе, при таком типе регулирования происходят незатухающие колебания, частота и амплитуда которых зависит от параметров системы. Поэтому данный метод обеспечивает хороший результат в системах, обладающих инерционностью и малым запаздыванием. В частности, такой метод широко применяется при регулировании температуры в нагревательных печах.

В отличии от двухпозиционного с помощью ПИД-регулятора удается свести колебания системы к минимуму, благодаря тому, что при таком методе регулирования учитываются различные значения системы — фактическая величина, заданное значение, разность, скорость. Это позволяет стабилизировать систему и добиться повышения точности в десятки раз по сравнению с двухпозиционным методом. Конечно, здесь многое зависит от правильно подобранных коэффициентов ПИД регулятора.

Составляющие ПИД-регулятора

В стандартном ПИД-регуляторе есть три составляющие и каждая из них по своему воздействует на управление.

Пропорциональная — P (t) = Kp * e (t)

Учитывает величину рассогласования заданного значения и фактического. Чем больше отклонения значения, тем больше будет выходной сигнал, то есть пропорциональная составляющая пытается компенсировать эту разницу.

Однако пропорциональный регулятор не способен компенсировать полностью ошибку рассогласования. Всегда будет присутствовать так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. При увеличении коэффициента пропорциональности Kp статическая ошибка уменьшается, но могут возникнуть автоколебания и снижение устойчивости системы.

Интегральная – I (t) = Ki ∫e (t) dt

Интегральная составляющая используется для устранения статической ошибки. Она складывает значение предыдущих ошибок рассогласования и компенсирует их, можно сказать, что учится на предыдущих ошибках. То есть ошибка рассогласования умножается на коэффициент интегрирования и прибавляется к предыдущему значению интегрирующего звена. При выходе системы на заданный режим, интегральная составляющая перестает изменяться и не оказывает какого-либо серьезного воздействия на систему. Физически интегральная составляющая представляет задержку реакции регулятора на изменение величины рассогласования, внося в систему некоторую инерционность, что может быть полезно для управления объектами c большой чувствительностью.

Дифференциальная – D (t) = Kd de (t)/dt

Дифференциальная составляющая учитывает скорость изменения регулируемой величины, противодействуя предполагаемым отклонениям, вызванными возмущениями системы или запаздыванием. И чем больше будет величина отклоняться от заданной, тем сильнее будет противодействие, оказываемое дифференциальной составляющей. То есть она предугадывает поведение системы в будущем. При достижении величины рассогласования постоянного значения дифференциальная составляющая перестает оказывать воздействие на управляющий сигнал.

На практике какая-либо из составляющих может не использоваться (чаще всего Д-дифференциальная) и тогда мы получаем П-регулятор, ПИ-регулятор.

Методика настройки ПИД-регулятора

Выбор алгоритма управления и его настройка является основной задачей в процессе проектирования и последующего удовлетворительного запуска агрегата в промышленную или иную эксплуатацию.

В основе методики лежит закон Циглера-Никольса, являющийся эмпирическим и основанным на использовании данных, полученных экспериментально на реальном объекте.

В результате ознакомления с методикой, а также при близком рассмотрении объектов регулирования, были выбраны формулы и коэффициенты ближе всего подходящие к реальному объекту регулирования.

Объект регулирования – камерная электрическая печь. Число зон регулирования от 24 до 40. Каждая зона есть набор электронагревателей. Материал нагревателей нихром. Тип — проволочные, навитые на керамические трубки.

Требования: поддержание температуры по зонам печи +/- 5С.

МЕТОДИКА:

Настройка пропорциональной компоненты (Xp)

Тο — начальная температура в системе;
Тsp — заданная температура (уставка);
∆T — размах колебаний температуры;
∆t — период колебаний температуры.

Система должна находится в постоянном колебательном процессе, притом колебательный процесс незатухающий, где ∆T– характеристика колебания равная значению величины рассогласования (±10С, или как по заданию). Колебания должны быть одинаковы от Тsp.

После получения данной кривой на нашем объекте, засекаем время периода колебаний ʌt – полный период. Данное время есть характеристика системы, оборудования.

3. Используя полученные параметры рассчитываем Ти и Тд.

Цифры в формулах для расчета коэффициентов ПИД-регулирования скорректированы на основе запуска камерной электрической печи в опытно-промышленную эксплуатацию. И конечно в зависимости от типа объекта регулирования могут незначительно меняться.

Вывод

Благодаря достаточно высоким получаемым результатам ПИД-регуляторы нашли широкое применение в системах автоматического управления.

При этом важно подчеркнуть, что настройка ПИД-регулятора является процессом довольно трудоемким и требует определенных знаний и индивидуального подхода для различных объектов управления.

Источник

Использование частотных преобразователей (пч) «веспер» в режиме пид-регулирования

Как настроить PID регулятор для преобразователей частоты Danfoss

Этот регулятор пользователь применяет для удержания частотником определенного параметра. Подключим механизм установки вентилятора.

Задающим сигналом работает потенциометр.

Обратную связь осуществит датчик давления.

Соблюдение полярности – важное условие при подсоединении пользователем датчика. Основную настройку регулятора сделаем программой МСТ-10, которая обеспечивает контролирование данных на графике

К частотнику присоединяемся через USB. Вводим данные нормы для мотора по паспорту в группу данных 1-2 и 1-22, 1-23 – частота, 1-24 – ток мотора, 1-25, скорость мотора.

Проводим параметры входов преобразователя частоты в группе 6. В группе 6-1 задаем данные для задающего сигнала. В группе 6-2 определяем значения датчика. Настраиваем частотник для работы регулировки процесса в контуре. Эти значения сочетаются не со всеми применениями. Они задаются пользователем конкретно во всех случаях.

Настраивание регулятора преобразователей частоты Danfoss происходит по определению пропорционального коэффициента и составляющих интегральных регулятора. Автоматические колебания различаются, заметны на осциллографе и постоянны по характеру. Если будет оставаться ошибка регулировки, то уменьшаем составляющую. Значение 20-94 уменьшим до уменьшения разницы и исчезновения колебаний. При сравнивании значения с заданием, настройка закончена.

Настройка ПИД-регулятора

Для каждой системы настройка прибора проводится индивидуально, здесь мы рассмотрим основные рекомендации, общие для различных ситуаций:

1. Установить дифференциальную и интегральную составляющие в нуль. Задать максимальную скорость и наблюдать за реакцией.

2. Увеличить пропорциональную составляющую и повторить пункт первый. Продолжать эту процедуру до начала автоколебательного процесса.

3. Уменьшать эту составляющую до стабильности системы.

4. Выставить значение пропорциональной составляющей на 15 % ниже устойчивого.

5. Выставить ступенчато-максимальное значение скорости с помощью изменения интегральной составляющей.

6. Обычно дифференциальный регулятор в настройке не нуждается.

7. Проверить стабильность системы.

Настройка преобразователя частоты своими руками

Чтобы электродвигатели работали правильным образом и с достаточной безопасностью, необходимо использовать частотные преобразователи. Современные частотные преобразователи имеют базу с электроникой, которая дает возможность на терминале задавать пользователю все параметры для работы. К ним относятся:

Эти параметры определяются набором кода из символов. Некоторые настройки можно устанавливать на работающем двигателе и на остановленном. Изменять свойства можно по сети коммуникации или по компьютеру. Терминал расположен на лицевой панели частотника. Устанавливать настройки, управлять и анализировать параметры можно во время работы механизма.

Настраивание ПИД-регулятора

Для моторной управляемости системы настраивание ПИД-регулятора бывает сложным процессом. Расскажем, какие шаги для настройки могут сделать проще эту процедуру.

Настраивание датчика на 20 миллиампер ПИД-регулированием

1. Действия в программном меню

Управляющая панель частотного преобразователя А300 состоит из 3-уровневой структуры:

2. Настраивание характеристик электромотора и определение направления момента

Установить метод управления частотником в значении Р0-02:

Установить характеристики номинального значения электромотора (применяйте параметры с таблички и паспорта электромотора):

После подсоединения и введения параметров нужно проконтролировать направление вращающего момента электромотора. После отключения меню программы на экране покажется 50 герц, клавишей «вниз» установите наименьшую частоту для задания направления вращающего момента. Для пуска мотора нажмите клавишу «пуск» (параметр Р0-02=0), определите направление момента вращения, затормозите мотор, нажав клавишу «стоп».

Если вращение не совпадает с направлением, то измените две любые фазы питания мотора (замену фаз производить при отключенном частотнике) или поменяйте параметр настройки Р0-09= (0-вперед, 1-назад). Еще раз проконтролируйте момент вращения, нажав клавишу «пуск», если направление момента вращения совпадает, то затормозите мотор, нажав клавишу «стоп». Нажмите клавишу «вверх» и возвратите настроенную частоту 50 герц.

3. Подсоединение датчика (выход на 20 миллиампер)

Переставить соединение «J1» в состояние «I».

4. Контроль обратной связи

Связь обратного вида (4 мА).

5.Как настраивать значение параметра ПИД-регулирования.

Пример установки значения:

Подсоединен датчик давления на 16 бар с сигналом выхода от 4 до 20 мА. Для давления в 10 бар нужно установить значение

Настраиваем интегральный коэффициент

При настройке двух предыдущих коэффициентов можно получить практически идеальную кривую регулирования или близкую к ней кривую, удовлетворяющую условиям задачи. Однако, как правило возникает так называемая «статическая ошибка». При этом в нашем примере температура стабилизируется не на заданном значении 25 °С, а на несколько меньшем значении. Дело в том, что если температура станет равной уставке (то есть разность текущей и заданной температур станет равна 0), то пропорциональная и дифференциальная составляющая будут равны нулю (см. функцию преобразования ПИД-регулятора). При этом мощность регулятора тоже станет равна 0 и он начнёт остывать.

Для того чтобы исключить этот эффект, используют интегральную составляющую. Её необходимо постепенно увеличивать до исчезновение статической ошибки. Однако, чрезмерное её увеличение тоже может привести к возникновению скачков температуры.

Примеры использования PID-регуляторов

Преобразователь частоты HVAC

Пример использования как внутренних, так и внешних PID-регуляторов для системы подготовки воздуха:

Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных PID-регуляторов частотника AS3 Toshiba

На представленной схеме вентилирования помещения показан процесс охлаждения воздуха с помощью водовоздушного теплообменника. Водяной контур служит для циркуляции холодной воды через теплообменник с помощью насоса.

PID-регуляторы PID1 и PID2 управляют вентилятором для обеспечения заданного расхода и, в критических случаях, для обеспечения заданной температуры воздуха. Например, при больших отрицательных температурах воздуха расходом можно пренебречь, достигая вторым регулятором улучшенного прогрева воздуха за счет более медленного его движения через нагреватель.

PID-регулятор PID3 по аналоговому каналу управляет насосом водяного контура для поддержания заданного давления. PID-регулятор PID4 может управлять другими вспомогательными системами (на схеме не показаны).

Компания СПИК СЗМА, как единственный официальный дилер Toshiba, предлагает купить для решения задач управление насосами, вентиляторами и станками частотники серии VF-AS3 по доступной цене. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

Задача настройки

Настройка регулятора производится с одной единственной целью: подобрать его коэффициенты для данной задачи таким образом, чтобы регулятор поддерживал величину физического параметра на заданном уровне. В нашем примере физическая величина — это температура.

Допустим текущая температура в помещении 10 °С, а мы хотим, чтобы было 25°С. Мы включаем регулятор и он начинает управлять мощностью обогревателя таким образом, чтобы температура достигла требуемого уровня. Посмотрим как это может выглядеть.

На данном рисунке красным цветом показана идеальная кривая изменения температуры в помещении при работе регулятора. Физическая величина плавно, без скачков, но в тоже время достаточно быстро подходит к заданному значению. Оптимальное время, за которое температура может достигнуть заданной отметки, определить довольно сложно. Оно зависит от многих параметров: размеров комнаты, мощности обогревателя и др. В теории это время можно рассчитать, но на практике чаще всего это определяется экспериментально.

Чёрным цветом показан график изменения температуры в том случае, если коэффициенты подобраны совсем плохо. Система теряет устойчивость. Регулятор при этом идёт «в разнос» и температура «уходит» от заданного значения.

Рассмотрим более благоприятные случаи.

На этом рисунке показаны графики, далёкие от идеального. В первом случае наблюдается сильное перерегулирование: температура слишком долго «скачет» относительно уставки, прежде чем достичь её. Во втором случае регулирование происходит плавно, но слишком медленно.

А вот и приемлемые кривые:

Данные кривые тоже не идеальны, но могут быть сочтены за удовлетворительные.

В процессе настройки регулятора, пользователю необходимо стремиться получить кривую, близкую к идеальной. Однако, в реальных условиях сделать это не так-то просто — приходится долго и мучительно подбирать коэффициенты. Поэтому зачастую останавливаются на «приемлемой» кривой регулирования. Например, в нашем примере нас могли бы устроить коэффициенты регулятора, при которых заданная температура достигалась бы за 15-20 минут с максимальным перерегулированием (максимальными «скачками» температуры) 2 °С. А вот время достижение уставки более часа и максимальные «скачки» температуры 5 °С — нас бы не устроили.

Далее поговорим о том, как подобрать коэффициенты для достижения оптимального регулирования. Рекомендуется настраивать коэффициенты в том же порядке, в котором это описано.

Из чего состоит ПИД-регулятор

С целью устранения ошибок в системе в состав упомянутого устройства входят три составляющих: интегральный, дифференциальный и пропорциональный регуляторы. Пропорциональный прибор является основным там, где задание уровня скорости пропорционально ошибке. Однако если использовать только эту составляющую, то в системе всегда будет присутствовать ошибка. Высокие значения данного устройства приводят к колебаниям и нестабильности системы, а низкие — к «вялости». Интегральный прибор используют для исключения ошибок. Скорость растет до момента исключения погрешности (при отрицательной ошибке — уменьшается). Относительно малые величины интегральной составляющей оказывают существенное влияние на работу прибора в целом. Если установить слишком большое значение, то система начнет работать с перерегулированием. Дифференциальное устройство оценивает скорость изменения ошибок, оно применяется для увеличения скорости системы. Однако при повышении быстродействия регулятора увеличивается и уровень перерегулирования, что может привести к нестабильности системы. Чаще всего данная составляющая выставляется на значение, близкое нулю, однако она может оказаться весьма полезной в системе позиционирования. Свое название ПИД-регулятор получил по первым буквам этих трех компонентов. Как видно из описания прибора, важным требованием к правильной работе устройства является его отладка.

Транскрипт

1 ПИД-регулирование давления: настройка преобразователей частоты ATV31/ ATV312 28/01/2014

2 СОДЕРЖАНИЕ Назначение… 3 Предварительные настройки… 4 Автоподстройка… 6 Выбор закона управления двигателем… 7 Конфигурирование канала управления… 8 Настройка авторестарта при пропадании и восстановлении напряжения питания… 8 Обратная связь… 9 Назначение обратной связи Задание давления Инверсия ПИД-регулятора Реакция на аварию датчика обратной связи Настройка ПЧ Настройка спящего режима Подключение датчика

4 Предварительные настройки Сброс на заводские наст ройки: Меню Drc ПРИВОД: CFG = Std FCS = InI 4

5 Ввод параметров двигателя: Если входное напряжение ПЧ = 3 ф/ в, то соедините обмотки двигателя звездой. Параметр UnS = 380 В Параметр ncr = 0.7 A Если входное напряжение ПЧ = 1 ф/ В, то соедините обмотки двигателя треугольником. Параметр UnS = 220 В Параметр ncr = 1.21 A 5

6 Автоподстройка Параметр tun = Yes: 6

7 Выбор закона управления двигателем Параметр Uft = P, если механизм насос или вентилятор. 7

8 Конфигурирование канала управления Меню Ctl- Параметр LAC = L3 Параметр CHCF = SEP Параметр Cd1 = Ter Меню I_O Параметр tcc = 2C Кнопка СТАРТ (с фиксацией) подключается к LI1 и 24В. Настройка авторестарта при пропадании и восстановлении напряжения питания Настройте параметр tct: Меню I_O Параметр tct = LEL 8

9 Обратная связь Датчик обратной связи (давления) с токовым выходом 4..20мА должен быть присоединен к входу AI3. Аналоговый вход AI3 должен быть сконфигурирован с диапазоном 4..20мА: Конфигурация входа: Меню I_O Параметр CrL3 = 4 Параметр CrH3 = 20 9

10 Назначение обратной связи Внимание: несовместимость функций! Необходимо отменить SA2 (SA2 = No) и PS2/PS4 (PS2 = No, PS4 = No). Меню Прикладные функции Подменю PI-/ ПИД-регулятор Параметр PIF = AI3 10

12 Инверсия ПИД-регулятора Реакция на аварию датчика обратной связи В случае отказа датчика давления сигнал обратной связи становится равным нулю. На выходе ПИД-регулятора в этом случае появится максимальный сигнал задания частоты. Скорость вращения двигателя насоса станет максимальной и давление в системе может превысить максимально допустимое

Поэтому очень важно настроить реакцию ПЧ на отказ датчика давления. Меню Flt Можно задать тип реакции ПЧ на аварию датчика: стоп выбегом, стоп по рампе либо работу на выбранной скорости

LFL = rnp (торможение по рампе, чтобы не было гидроудара) Либо LFL =LFF работа в случае аварии на скорости, заданной параметром LFF. 12

13 Настройка ПЧ Если кто-то уже настраивал ПЧ и вводил куда-то какие-то значения и неизвестно какие значения, то произведите сброс параметров ПЧ на заводские настройки. 1) Ввод параметров двигателя меню Drc. (Обязательно, иначе возможен выход двигателя из строя!) 2) Настройка параметров рампы ускорения/торможения: ОБЯЗАТЕЛЬНО для насосов необходимо задать время рампы для исключения гидроударов в системе! Конкретные значения определяются системой. Меню Set Параметр ACC, DEC 3) Закон управления двигателем 4) Автонастройка 5) Настройка пределов изменения частоты ПЧ Меню Set/ параметр LSP: 0 Гц (установите минимальную частоту, требуемую для поддержания насосом минимального давления в системе). Меню Set/ параметр HSP: 50 Гц 13

14 Настройка спящего режима См. описание параметров rsl и tls (Руководство по программированию). 14

15 Подключение датчика По вопросам подключения датчика давления просьба обращаться к документации на датчик давления! Ниже приведен пример подключения: Двухпроводное подключение Клемма 3: «+» Клемма 1: «-» Аналоговый вход ПЧ AI3: + COM: — Не забудьте объединить COM-клемму ПЧ и «минус» внешнего источника питания (если используется внешний источник питания). 15

Частотник danfoss vlt micro fc 51. Проблемы с установками частоты.

У меня возникла следующая проблема. Купили вытяжную приточную установку вместе со щитом управления. К щиту управления подключаются преобразователи частоты VLT Micro Drive – Danfoss, на вытяжную вентиляцию и на приток.

Не знаю как разобраться в описании: как настраивать преобразователь частоты, чтобы он мог выключаться командой с управляющего пульта. Частотный преобразователь работает один. Подключили к нему сеть питания – он работает. Отключать его можно, выключив автоматический выключатель или нажав кнопку на корпусе прибора. Это очень неудобно.

Я изучал инструкцию, очень большую, ответа так и не нашел на мой вопрос. Нашел лишь то, что написано: «сигнал управления подается на контакт №18. Взял и подключил на этот контакт сигнал управления, но ничего не изменилось.

Оказалось, что надо искать причину от того, что на частотный преобразователь не подключены контакты термореле от моторов вентиляторов. Это контролирование тока. Учитывая эту информацию, настроили частотный преобразователь VLT Micro Drive – Danfoss во 2-й раз. Есть электрическая схема, но в ней ничего не понятно.

Настраиваем пропорциональный коэффициент

Выставляем дифференциальный и интегральный коэффициенты в ноль, тем самым убирая соответствующие составляющие. Пропорциональный коэффициент выставляем в 1.

Далее нужно задать значение уставки температуры отличное от текущей и посмотреть, как регулятор будет менять мощность обогревателя, чтобы достичь заданного значения. Характер изменения можно отследить «визуально», если у вас получится мысленно представить этот график. Либо можно регистрировать в таблицу измеренное значение температуры каждые 5-10 секунд и по полученным значением построить график. Затем нужно проанализировать полученную зависимость в соответствии с рисунком:

При большом перерегулировании, необходимо уменьшать пропорциональный коэффициент, а если регулятор долго достигает уставки — увеличивать. Так убавляя-прибавляя коэффициент необходимо получить график регулирования как можно ближе к идеальному. Поскольку достичь идеала удастся вряд ли, лучше оставить небольшое перерегулирование (его можно будет скорректировать другими коэффициентами), чем длительное нарастание графика.

Как настроить преобразователь частоты Danfoss?

Преобразователи Danfoss программируются с помощью меню графического дисплея. Перечень режимов выполняется кнопкой «Меню». По меню передвигаются с помощью стрелок и кнопки «ОК». Режим управляемости показывает индикатор.

Каждая задача программируется вручную. Для занесения значений пользуются таблицей. Перед программированием заносят данные паспорта двигателя. Для сохранения настроек и адаптации в автоматическом режиме пользуются кнопкой «Off». Можно выполнять настройки применяя компьютер или ноутбук. С помощью специальной программы изменяются данные, ведется наблюдение на осциллографе. Ноутбук обязательно должен работать автономно от своей батареи, располагаться на диэлектрической поверхности.

Настройка частотника Danfoss для эксплуатации вентилятора проводится для того, чтобы поддерживать на выходе определенного потока воздушного давления. Управляющая панель, кнопки и экран обеспечивают удобство проведения регулировки.

Настройка преобразователя частоты Danfoss для вентилятора:

Настройка преобразователя частоты Danfoss для вентилятора

Watch this video on YouTube

Зачем настраивать ПИД-регулятор

Наиболее характерным примером использования этих приборов являются термосистемы, связанные с изменениями или поддержанием на определенном уровне различной температуры. За счет тонких настроек удается существенно снизить энергетические потери при охлаждении или нагреве. Конкретные модификации ПИД-регуляторов подбираются в соответствии с индивидуальными особенностями той или иной термосистемы.

Необходимость тонких настроек рекомендуется рассматривать на примере работы обогревателя. Этот нагревательный прибор управляется ПИД-регулятором и должен поддерживать заданные температуры. Уровень температуры измеряется и контролируется термопарой. Конечная цель настроек заключается в подборе наиболее оптимального коэффициента, с помощью которого будет поддерживаться заданный температурный режим.

Идеальная конфигурация температурной кривой обозначена красным цветом (рис. 1). То есть, данный физический параметр плавно движется к заданной отметке за максимально короткий промежуток времени. Оптимальный временной промежуток определяется достаточно сложно, поскольку на него оказывают влияние такие факторы как мощность обогревателя, размеры помещения и т.д. Эта величина определяется экспериментальным путем.

Температурный график черного цвета указывает на неправильный выбор коэффициента при регулировании. Работа системы становится неустойчивой, регулятор функционирует неравномерно, а заданное значение не соблюдается.

В более благоприятных условиях температурные графики все так же далеки от стандартных значений (рис. 2). Черная кривая отображает сильные скачки относительно требуемого значения, а зеленая указывает на плавную, но слишком медленную регулировку.

Наиболее приемлемые варианты всех трех кривых обозначены на рисунке 3. Идеальный температурный график, обозначенный красным цветом, возможен только в теории. На практике же выполняется длительный подбор коэффициентов, которые позволяют получить лишь приближенные значения, пригодные для использования. То есть, согласно представленных графиков, температура 25С достигается в среднем за 15-20 минут при максимальных скачках в 2 градуса.

Выбор необходимых коэффициентов, вычисления и настройка могут производиться с помощью различных методов.

Источник