Меню

Пид регуляторы для преобразователя частоты

ПИД-регулятор в частотном преобразователе

Использование систем автоматизированного управления работой различных технологических процессов требует точного поддержания заданного параметра.

В качестве такого параметра может выступать:

  • скорость вращения двигателя;
  • давление в системе;
  • температура (например, воздуха в помещении);
  • скорость движения воздуха;
  • другие параметры, значение которых изменяется в зависимости от состояния системы и мощности работы исполнительных механизмов.

Для решения таких задач не обойтись без использования датчика обратной связи, который должен обеспечивать точность заданного параметра в стабильном рабочем состоянии.

Применение классических датчиков, работающих по принципу “пуск-стоп” в большинстве случаев неприемлемо, поскольку они не могут обеспечить высокую точность поддержания требуемого параметра. Помимо этого, такие датчики приводят к более быстрому износу электромотора, который периодически включается и выключается. Частота включения-выключения в таких системах зависит от установленного диапазона, который определяет гистерезис или мертвую зону, когда контролируемое значение находится в допустимых пределах и двигатель выключен.

Хотя частотные преобразователи позволяют точно управлять скоростью вращения двигателя, а значит и поддерживать оптимальное состояние системы в зависимости от нагрузки, однако при работе с линейным датчиком частотники тоже не смогут обеспечить требуемую точность из-за возникновения так называемых автоколебаний относительно заданного уровня контролируемого параметра.

Поэтому, для минимизации отклонения контролируемого параметра в современных системах все чаще используют ПИД-регулятор в частотном преобразователе, который позволяет получить практически линейную функцию значения контролируемого параметра в автоматизированной системе.

Что такое ПИД-регулятор?

Современный пропорционально-интегрально-дифференциальный или PID-регулятор – это сложный составной датчик, который дает обратную связь по трем цепям управления:

  • пропорциональный сигнал. Его значение зависит от разницы между текущим и установленным значением контролируемого параметра. Чем больше разница, тем большее значение этого сигнала обратной связи поступает с датчика на частотный преобразователь;
  • интегральный сигнал. Определяет величину колебаний относительно заданного параметра работы автоматизированной системы. Эти периодические отклонения от требуемого уровня связаны с инертностью оборудования и запаздыванием сигнала обратной связи на ПЧ. Использование интегральной составляющей позволяет минимизировать автоколебания системы после выхода в рабочий режим;
  • дифференциальный сигнал. Этот управляющий сигнал дает частотному преобразователю информацию о том, с какой скоростью текущее значение контролируемого критерия приближается к заданному. Фактически это сигнал прогноза, который позволяет компенсировать инертность системы и предугадать параметры ее работы в ближайшем будущем. Использование дифференциальной составляющей в системе обратной связи позволяет плавно подвести контролируемые критерии к заданному параметру с минимальными колебаниями и превышениями контролируемого значения.

Поэтому, отвечая на вопрос, что такое ПИД-регулирование в частотных преобразователях, можно сказать, что это система, состоящая из частотного преобразователя с наличием возможности подключения PID-датчика, при помощи которого измеряется текущее состояние автоматизированной системы.

На практике не всегда используются все три составляющие ПИД. Возможны варианты, когда используется пропорциональная составляющая, пропорционально-интегральная или пропорционально-дифференциальная составляющая, сигналы которых подаются на соответствующие клеммы преобразователя частоты, управляющего электродвигателем.

Читайте также:  Реферат эмоции как внутренний регулятор деятельности

Когда строится такая система, использующая преобразователь частоты с пид-регулированием, в большинстве случаев требуется произвести ее первоначальную настройку, заключающуюся в подборе коэффициентов или множителей, которые усиливают или ослабляют сигнал, поступающий с датчика обратной связи. Это необходимо, чтобы точно настроить систему, сделать ее выход на рабочий режим более быстрым, минимизировать собственные колебания и обеспечить максимальную точность поддержания режима ее работы.

Общие принципы настройки PID-регулятора для частотного преобразователя

При выполнении пусконаладочных работ в автоматизированных системах такого типа необходима начальная настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя. Этот процесс для специалистов не представляет особых трудностей, поскольку большинство преобразователей частоты, поддерживающих подключение ПИД-датчика, имеют встроенный функционал управления коэффициентами, а также мониторинг параметров работы системы.

Как правило, этот функционал доступен через программную среду, которая предназначена для управления и настройки частотного преобразователя и поставляется вместе с ним.

Обычно программа позволяет просмотреть осциллограмму состояния системы и данные, которые позволяют более быстро и точно выполнять настройку. В общем случае процесс настройки сводится к подбору коэффициентов и выполняется в такой последовательности:

  1. Перед настройкой вводом нулевых коэффициентов отключаются дифференциальная и интегральная составляющие.
  2. Затем коэффициентом пропорциональной составляющей добиваются стабильных автоколебаний с минимальными отклонениями от заданного значения.
  3. Потом коэффициентом интегральной составляющей минимизируют амплитуду автоколебаний контролируемого параметра.
  4. И наконец коэффициентом дифференциальной составляющей подбирают скорость выхода контролируемого параметра в рабочий режим и точность его поддержания.

В каталоге продукции нашей компании вы всегда сможете найти преобразователи частоты промышленного назначения разной мощности для управления электромоторами, которые поддерживают возможность подключения ПИД-датчика. Также вы всегда можете получить помощь наших специалистов по тонкой настройке систем на базе преобразователя частоты и датчика обратной связи, а также заказать разработку комплексов на их основе.

Источник



ПИД-регулятор. Основные задачи, применение и методика настройки

Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор или ПИД-регулятор — 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 u(t) определяется по следующей формуле:

  • P — пропорциональная составляющая;
  • I — интегрирующая составляющая;
  • D — дифференцирующая составляющая;
  • Kp — пропорциональный коэффициент;
  • 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, а также там, где недопустимы значительные колебания в системе.

Читайте также:  Венгерский регулятор рекомендовал одобрить вакцину спутник v

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. Он 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 вследствие 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 и отключать соответственно при 16.

Чем меньше значение гистерезиса, тем точнее будет процесс регулирования, но увеличивается частота срабатывания ,что, в конечном итоге, приводит к износу коммутационных аппаратов. Увеличение гистерезиса уменьшит частоту переключений, но при этом увеличивается амплитуда колебаний регулируемого параметра, что приведет к ухудшению точности регулирования.

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 отличие 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.

Для того, чтобы правильно выбрать необходимый тип регулятора необходимо хотя бы приблизительно знать характеристики управляемого объекта, требования к точности регулирования и характер возмущений, воздействующих на объект регулирования.

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.

Читайте также:  Регулятор pfc 12 rs

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 — 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- и 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. Требование: поддержание температуры по зонам печи ±5 °C.

Настройка пропорциональной компоненты (X p)

Перед настройкой зоны пропорциональности интегральная и дифференциальная компоненты отключаются:

  • Постоянная интегрирования устанавливается минимально возможной (Т и=0).
  • Постоянная дифференцирования минимально возможной (Т д=0).
  • Т ο — начальная температура в системе;
  • Т sp — заданная температура (уставка);
  • ∆T — размах колебаний температуры;
  • ∆t — период колебаний температуры.

Меняем значение пропорциональной составляющей X p от минимума (0) до момента, пока не появятся устойчивые колебания системы с периодом ∆t. Система должна находится в постоянном колебательном процессе, притом колебательный процесс незатухающий, где ∆T — характеристика колебания, равная значению величины рассогласования (±10 °C, или как по заданию). Колебания должны быть одинаковы от Т sp.

После получения данной кривой на нашем объекте, засекаем время периода колебаний ∆t — полный период. Данное время — характеристика системы, оборудования.

Источник