Ein Differential-Proportional-Integral-Regler ist ein Gerät, das in automatisierten Systemen installiert wird, um einen bestimmten Parameter aufrechtzuerhalten, der sich ändern kann.
Auf den ersten Blick ist alles verwirrend, aber die PID-Regelung lässt sich auch für Dummies erklären, d.h. Personen, die sich mit elektronischen Systemen und Geräten nicht so gut auskennen.
Inhalt
Was ist ein PID-Regler?
Der PID-Regler ist ein in den Regelkreis eingebautes Gerät mit obligatorischem Feedback. Es ist darauf ausgelegt, eingestellte Sollwerte, wie z. B. die Lufttemperatur, aufrechtzuerhalten.
Die Vorrichtung liefert basierend auf den von den Sensoren oder Sensoren empfangenen Daten ein Steuer- oder Ausgangssignal an die Steuervorrichtung. Controller haben hohe Genauigkeitsraten von transienten Prozessen und der Qualität der Aufgabe.
Drei Koeffizienten des PID-Reglers und das Funktionsprinzip
Die Aufgabe des PID-Reglers besteht darin, ein Ausgangssignal mit der erforderlichen Leistung bereitzustellen, um die Regelgröße auf einem bestimmten Niveau zu halten. Zur Berechnung des Indikators wird eine komplexe mathematische Formel verwendet, die 3 Koeffizienten enthält - proportional, integral, differentiell.
Nehmen wir als Regulierungsobjekt einen Behälter mit Wasser, in dem die Temperatur auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss, indem der Öffnungsgrad des Ventils mit Dampf eingestellt wird.
Die proportionale Komponente erscheint im Moment der Nichtübereinstimmung mit den Eingabedaten. In einfachen Worten klingt es so - die Differenz zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur wird genommen, mit einem einstellbaren Koeffizienten multipliziert und ein Ausgangssignal erhalten, das an das Ventil angelegt werden sollte. Diese. sobald die grade fallen, beginnt der heizvorgang, sie steigen über die gewünschte marke - es schaltet ab oder kühlt sogar ab.
Dann kommt die integrale Komponente, die Umwelteinflüsse oder andere störende Einflüsse auf die Aufrechterhaltung unserer Temperatur auf einem bestimmten Niveau kompensieren soll. Da es immer weitere Faktoren gibt, die auf die zu steuernden Geräte einwirken, ändert sich der Wert bereits zum Zeitpunkt des Datenempfangs zur Berechnung des Anteilsanteils. Und je größer der äußere Einfluss ist, desto stärker treten die Schwankungen des Indikators auf. Überspannungen auftreten.
Der Integralanteil versucht, basierend auf vergangenen Temperaturwerten, seinen Wert zurückzugeben, wenn er sich geändert hat. Der Vorgang wird im folgenden Video genauer beschrieben.
Und dann wird das Ausgangssignal des Reglers entsprechend dem Koeffizienten angelegt, um die Temperatur zu erhöhen oder zu verringern. Mit der Zeit wird der Wert gewählt, der externe Faktoren kompensiert, und die Sprünge verschwinden.
Das Integral wird verwendet, um Fehler zu eliminieren, indem der statische Fehler berechnet wird. Die Hauptsache bei diesem Vorgang ist, den richtigen Koeffizienten zu wählen, da sonst der Fehler (Mismatch) auch den Integralanteil beeinflusst.
Die dritte Komponente des PID ist der Differenzierer. Es soll den Einfluss von Verzögerungen kompensieren, die zwischen dem Auftreffen auf das System und der Rückkopplung auftreten. Der Proportionalregler liefert Strom, bis die Temperatur das gewünschte Niveau erreicht hat, aber wenn Informationen an das Gerät übermittelt werden, insbesondere bei großen Werten, treten immer Fehler auf. Dies kann zu Überhitzung führen. Das Differenzial sagt Abweichungen durch Verzögerungen oder Umwelteinflüsse vorher und reduziert die zugeführte Leistung im Voraus.
PID-Regler-Tuning
Die Abstimmung des PID-Reglers erfolgt auf zwei Arten:
- Die Synthese impliziert die Berechnung von Parametern basierend auf dem Modell des Systems. Diese Einstellung ist genau, erfordert jedoch tiefgreifende Kenntnisse der Theorie der automatischen Steuerung. Es unterliegt nur Ingenieuren und Naturwissenschaftlern. Da ist es notwendig, die Verbrauchsmerkmale zu entfernen und eine Reihe von Berechnungen durchzuführen.
- Die manuelle Methode basiert auf Versuch und Irrtum. Dazu werden die Daten einer bereits fertigen Anlage zugrunde gelegt, einige Anpassungen an einem oder mehreren Koeffizienten des Reglers vorgenommen. Nach dem Einschalten und Beobachten des Endergebnisses werden die Parameter in die richtige Richtung geändert. Und so weiter, bis das gewünschte Leistungsniveau erreicht ist.
Die theoretische Methode der Analyse und Abstimmung wird in der Praxis selten angewendet, was auf Unkenntnis der Eigenschaften des Regelobjekts und einer Reihe möglicher Störeinflüsse zurückzuführen ist. Experimentelle Methoden, die auf der Überwachung des Systems basieren, sind üblicher.
Moderne automatisierte Prozesse werden als spezialisierte Module unter der Steuerung von Programmen zum Einstellen der Koeffizienten des Reglers implementiert.
Zweck des PID-Reglers
Der PID-Regler ist darauf ausgelegt, einen bestimmten Wert auf dem erforderlichen Niveau zu halten – Temperatur, Druck, Füllstand in einem Tank, Durchfluss in einer Rohrleitung, Konzentration von etwas usw. Verwenden einer proportionalen, integrierenden, differenzierenden Größe für ihre Einstellung.
Der Verwendungszweck besteht darin, ein genaues Steuersignal zu erhalten, das in der Lage ist, große Industrien und sogar Kraftwerksreaktoren zu steuern.
Beispiel Temperaturregelung
Oft werden PID-Regler verwendet, um die Temperatur zu regeln, nehmen wir ein einfaches Beispiel für das Erhitzen von Wasser in einem Tank und betrachten diesen automatischen Prozess.
In den Behälter wird eine Flüssigkeit gegossen, die auf die gewünschte Temperatur erhitzt und auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss. Im Inneren des Tanks ist ein Temperatursensor installiert - Thermoelement oder Widerstandsthermometer und ist direkt mit dem PID-Regler verbunden.
Um die Flüssigkeit zu erhitzen, liefern wir Dampf, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, mit einem automatischen Regelventil. Das Ventil selbst erhält ein Signal vom Regler.Der Bediener gibt den Temperatur-Sollwert in den PID-Regler ein, der im Tank eingehalten werden muss.
Wenn die Reglerkoeffizienten nicht korrekt eingestellt sind, treten Wassertemperatursprünge auf, wobei das Ventil entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen ist. In diesem Fall müssen die Koeffizienten des PID-Reglers berechnet und neu eingegeben werden. Wenn alles richtig gemacht ist, gleicht das System nach kurzer Zeit den Prozess aus und die Temperatur im Tank wird auf einem bestimmten Niveau gehalten, während sich der Öffnungsgrad des Regelventils in der mittleren Position befindet.
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