В данной статье мы расскажем об использовании ПИД-регуляторов и их настройке для улучшения качества управления и измерения параметров технологических процессов.
Пример ПИД-регулятора МЕТАКОН-6305 НПФ КонтрАвт
При прочих равных условиях пропорционально-интегрально-дифференциальные или ПИД- (PID —Proportional-Integral-Derivative) регуляторы позволяют поднять точность управления в 5-100 раз по сравнению с позиционным регулятором.
Наиболее часто в задачах АСУ ТП применяются двухпозиционное регулирование и пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование.
НПФ КонтрАвт производит широкий спектр терморегуляторов, измерителей-регуляторов и сигнализаторов, ПИД-регуляторов, контроллеров температуры, давления, уровня и других технологических параметров:
- Серия позиционных регуляторов:
МЕТАКОН-5х2, МЕТАКОН-1205, МЕТАКОН-1725, МЕТАКОН-1745
- Cерия ПДД-регуляторов:
- Cерия ПИД-регуляторов:
МЕТАКОН-5х3, МЕТАКОН-515, МЕТАКОН-613, Т-424, МЕТАКОН-4525, МЕТАКОН-6305
Двухпозиционное регулирование обеспечивает включение или отключение исполнительного устройства (например, нагревателя) в зависимости от того, ниже или выше измеренный параметр относительно заданного уровня.
При двухпозиционном регулировании в системе всегда принципиально присутствуют колебания технологического параметра, причем размах этих колебаний определяется только параметрами системы (инерционностью датчиков, исполнительного устройства и самой системы) и практически не зависит от регулятора.
При ПИД-регулировании сигнал управления зависит от разницы между измеренным параметром и заданным значением, от интеграла от разности и от скорости изменения параметров.
В результате ПИД-регулятор обеспечивает такое состояние исполнительного устройства (промежуточное между включен или выключен), при котором измеренный параметр равен заданному.
Поскольку состояние исполнительного устройства стабилизируется, точность поддержания параметра в системе повышается в десятки раз. Таким образом, закон регулирования обеспечивает точность.
В принципе, точность поддержания будет определяться точностью измерения сигнала и интенсивностью внешних воздействий на объект.
где Pb — зона пропорциональности
Сигнал управления для ПИД-регулятора определяется тремя компонентами:
(П — пропорциональная компонента)
(И — интегральная компонента)
(Д — дифференциальная компонента)
где:
Tуст — заданная температура (уставка)
ti — время интегрирования
td — время дифференцирования
Сигнал управления, который вырабатывает регулятор, определяется тем, насколько велико рассогласование (пропорциональная компонента), насколько долго сохраняется рассогласование (интегральная компонента) и, наконец, как быстро изменяется рассогласование (дифференциальная компонента).
Качество управления, которое обеспечивает ПИД-регулятор в значительной степени зависит от того, насколько хорошо выбранные параметры регулятора соответствуют свойствам системы. Это означает, что ПИД-регулятор перед началом работы необходимо настроить.
Существует много различных методик настройки ПИД-регуляторов. В основе большинства из них лежит анализ переходной характеристики.
Отметим, что все ПИД-регуляторы НПФ КонтрАвт имеют функции автонастройки параметров регулирования, что дает возможность быстро получить высокое качество регулирования даже неспециалистам.
Кроме того, существуют и методы ручной настройки регулятора, когда во-первых, требуется повысить качество автонастройки, во-вторых, когда автонастройка неприменима. В следующих статьях мы подробно рассмотрим оба способа настройки регулирования.