ПИД-регулирование для чайников: все, что вам нужно знать

Книга " ПИД-регулирование для чайников " предназначена для тех, кто хочет лучше понять ПИД-регулирование, не увязая в сложных технических концепциях.

регулирование pid для чайников все, что вам нужно знать

Независимо от того, являетесь ли вы техническим специалистом или студентом в области приборостроения, эта статья призвана стать ресурсом, который поможет вам получить знания о ПИД-регуляторе.
Вы узнаете о происхождении ПИД-регулирования, о том, как оно работает, о важности ПИД-регулирования в различных отраслях промышленности, а также о советах по оптимизации технологических процессов.

Ключевые моменты

  1. ПИД-регулятор является неотъемлемой частью промышленных температурных системы управления промышленной температурой в самых разных отраслях промышленности и сферах применения.
  2. Основная задача ПИД-регулятора - сравнить заданное значение с измерением процесса, чтобы минимизировать ошибку.
  3. Правильные настройки ваших ПИД-регуляторов температуры могут оказать существенное влияние на производительность вашего процесса.
  4. Объяснение терминов PID, включение/выключение, пропорциональный диапазон, производная, интеграл, контур, уставка и многих других связанных с ними понятий позволит вам в полной мере использовать возможности вашей PID-системы.
стабильность и производительность вашей системы

Ваше бесплатное PDF-руководство по ПИД-регулированию для чайников

Скачать руководство "ПИД-регулирование для чайников" в формате PDF
история пид-регулятора

История ПИД-регулятора

Трудно говорить о ПИД-регулировании, не коснувшись его истории. В начале XX века Николай Минорский заметил, что корабли не могут поддерживать постоянный курс, несмотря на постоянные усилия лоцманского состава.

Затем г-н Минорски разработал решение этой проблемы: использование автоматического контроллера, который, используя разницу между желаемым направлением и фактическим курсом, мог регулировать руль для обеспечения более плавной навигации.

Это послужило основой для рождения ПИД-регулирования, и его влияние на управление промышленными процессами было огромным.

Зарождение пид-фр регулирования
Контур управления гончарной печью en

Принцип действия

Чтобы легко понять, как работает ПИД-регулятор, давайте рассмотрим простой и распространенный пример контура регулирования температуры в гончарной печи с ПИД-регулятором PXF.

Температура внутри печи должна поддерживаться на постоянном заданном уровне, например 800°C.

простое базовое регулирование en

Вместо простой системы управления включением/выключением (печь либо включена, либо выключена), ПИД-регулятор температуры будет поддерживать постоянную температуру, чтобы избежать любых отклонений, которые могут ухудшить качество продукта внутри печи.

система с открытым контуром

Вот как это работает.

В начале процесса управления используется термопарный датчик температуры который контролирует температуру внутри печи.

эквивалентная блок-схема
реакция системы в замкнутом или разомкнутом контуре en

Это мера из температура сравнивается с заданным значением температуры (800°C в данном примере).

замкнутая система en

Разница между этими двумя значениями, известная как ошибка, передается в ПИД-регулятор, который формулирует корректирующее действие на выходе для уменьшения этой ошибки. Выход ПИД-регулятора температуры затем управляет регулятором мощности SCR для подачи оптимальной мощности на нагревательный элемент печи, чтобы исправить ошибку.

качество хорошее регулирование en

Эта коррекция представляет собой произведение трех функций или величин: термины " пропорциональный" (P), "интегральный" (I) и " производный" (D) вместе образуют аббревиатуру PID (Proportional Integral Derivative).

пропорциональная интегральная производная en
пропорциональный p

Пропорциональный (P)

Действие пропорционального диапазона эквивалентно умножению ошибки на коэффициент пропорциональности (Kp). Это действие регулирует выход регулятора таким образом, чтобы он был пропорционален ошибке. Таким образом, если ошибка или возмущение велики, то и коррекция будет велика, и наоборот.

интеграл i

Интеграл (I)

Интегральное действие направлено на устранение постоянной ошибки путем накопления прошлых ошибок и их интеграции во времени. Это действие постепенно приближает систему к заданному значению, регулируя выход в зависимости от интегрированной ошибки. Интегральный коэффициент (Ki) определяет влияние этого компонента.

производная

Производный инструмент (D)

Производное действие касается скорости изменения ошибки. Это прогностическое действие позволяет системе реагировать на будущие события на основе наблюдаемых тенденций. Производный коэффициент (Kd) регулирует влияние этого действия для улучшения управления.

настройка пид-регулятора

Настройка ПИД-регулятора

Настройка пропорционально-интегрально-деривативного регулятора может показаться сложной задачей, но она необходима для обеспечения бесперебойной работы вашего процесса. Каждый из параметров настройки, P, I и D, влияет на то, как контроллер реагирует на изменение значения процесса.

Правильные настройки могут значительно повысить стабильность и производительность вашей системы.

Однако плохо подобранные настройки могут, наоборот, привести к колебаниям, перевозбуждениям и заниженным реакциям, ухудшая качество управления процессом.

соответствующие настройки регулятора pid pxf en

Откройте для себя ПИД-регуляторы температуры PXF

метод зиклера николса эн

Метод Циглера-Николса

Метод Зиглера-Николса - это хорошо известный подход к настройке параметров ПИД-регулятора.

Этот метод заключается в том, чтобы заставить систему или процесс колебаться, регулируя пропорциональный коэффициент усиления (Kp) до тех пор, пока он не достигнет предела стабильности.

Период колебаний и критический коэффициент усиления затем используются для определения оптимальных коэффициентов пропорциональности (Kp), интеграла (Ki) и производной (Kd).

Хотя этот метод удобен для первоначальной настройки параметров ПИД-регулятора, важно отметить, что оптимизация системы управления может потребовать дополнительных настроек. Эти настройки будут зависеть от желаемого отклика и конкретных ограничений процесса.

пределы регулирования пид en

Пределы ПИД-регулирования

Если вашей системе присуща нестабильность или другие преобладающие проблемы, такие как задержки, помехи, внешнее давление и т. д., то P, I, D-контроллер может только смягчить их, но не устранить полностью. Иногда полезно перепроектировать процесс или выбрать технологию температурного контроля Fuzzy Logic.

Пределы регулирования пид две версии en

Часто задаваемые вопросы по ПИД-регулированию

Что такое замкнутый контур в ПИД-регулировании?

В замкнутом контуре информация о текущем состоянии процесса постоянно поступает обратно в ПИД-регулятор.

Используя эту информацию, он вносит поправку в свой выход, тем самым поддерживая процесс как можно ближе к заданному значению.

Этот механизм значительно повышает точность управления переменными процесса, обеспечивая более жесткий контроль и большую стабильность.

Кроме того, системы с замкнутым циклом эффективно противостоят внешним возмущениям, сводя к минимуму нежелательные колебания.

Что означает термин "все или ничего" в регулировании?

On/Off означает режим управления, при котором система либо включена на 100%, либо полностью выключена. Промежуточные уровни работы отсутствуют.

Каковы недостатки управления On/Off по сравнению с ПИД-регулированием?

  1. Недостаточная точность: в отличие от ПИД-регулирования, которое точно регулирует мощность для достижения и поддержания желаемой температуры, управление On/Off работает только в крайних состояниях (100% включено или выключено). Этот метод, как правило, приводит к превышению заданной температуры до стабилизации, создавая колебания, а не стабильность, как при ПИД-регулировании.
  2. Колебания температуры: работа в режиме включения/выключения приводит к большим колебаниям температуры вокруг заданного значения. Эти колебания могут быть вредными для процессов, требующих точного и постоянного контроля температуры.
  3. Износ оборудования: Частое включение и выключение оборудования при управлении On/Off создает большую нагрузку на механические и электрические компоненты, что потенциально сокращает срок их службы по сравнению с более плавной работой, обеспечиваемой ПИД-регулированием.
  4. Энергопотребление: Хотя управление включением/выключением может показаться более энергоэффективным из-за периодов бездействия, частые циклы включения/выключения могут привести к более высокому энергопотреблению в долгосрочной перспективе, особенно в тех случаях, когда система потребляет много энергии при запуске. ПИД-регулирование, благодаря своей точной настройке, стремится к оптимальному потреблению энергии.
  5. Реакция на возмущения: Управление включением/выключением может быть менее эффективным при внезапных нарушениях процесса (например, при открытии двери в кондиционируемом помещении), поскольку оно может реагировать только включением или выключением, в то время как ПИД-регулирование может пропорционально регулировать подаваемую энергию для быстрого противодействия нарушению.

 

Одним словом, управление On/Off может быть адаптировано для простых и менее требовательных приложений.

Однако для точного и эффективного регулирования температуры, особенно в промышленных условиях или в критических процессах, ПИД-регуляторы: решение для улучшения ваших промышленных процессов предлагают значительные преимущества с точки зрения стабильности, энергоэффективности и защиты оборудования.

Что такое пропорциональный диапазон в ПИД-регулировании?

Диапазон пропорциональности - это диапазон значений, в пределах которого регулятор переключается из выключенного состояния в состояние полной мощности (и наоборот) при пропорциональном управлении. Это часть ПИД-регулирования, которая реагирует в зависимости от разницы между желаемым и текущим значением. Чем больше разница, тем больше коррекция.

Что такое интегральный диапазон в ПИД-регулировании?

Интегральная полоса - это часть ПИД-регулирования, которая накапливается со временем. Если отклонение сохраняется, каким бы маленьким оно ни было, эта поправка будет увеличиваться до тех пор, пока отклонение не будет устранено.

Что такое производная в ПИД-регулировании?

Производное действие в ПИД-регулировании - это часть, которая реагирует на скорость изменения отклонения. Она пытается предсказать будущее отклонение и провести превентивную коррекцию, чтобы свести к минимуму слишком быстрые колебания.

Где могут использоваться ПИД-регуляторы?

Преимущества ПИД-регуляторов в промышленности многочисленны. В фармацевтической промышленности регулирование температуры имеет большое значение, а также в пищевой промышленности (например, гарантия качества продукции в хлебопекарных печах или регулирование температуры в печах для пиццы), в автомобильной промышленности (например, снижение энергопотребления в покрасочных камерах), в лабораториях (например, гарантия качества материалов при испытании автомобильных материалов), в специальных машинах, таких как упаковочные машины, или повышение качества в пластмассовой промышленности с помощью регуляторов температуры, в частности, для :

 

  • Контроль температуры
  • Регулирование расхода жидкости и скорости
  • Контроль уровня
  • Регулировка давления

И многие другие приложения с системами контроля температуры.

неправильные настройки
Не позволяйте сложности регулирования пид остановить вас

Не позволяйте сложности ПИД-регулирования остановить вас!

Специалисты компании Fuji Electric по промышленному контролю температуры готовы помочь вам выбрать идеальные ПИД-регуляторы для ваших систем. Мы поможем вам при вводе контроллеров в эксплуатацию для точной настройки параметров.

Независимо от того, являетесь ли вы опытным профессионалом или новичком в этой области, наша команда готова превратить ПИД-регулирование в управляемый, высокопроизводительный актив для вашего бизнеса.

Получить цитатуОткройте для себя ассортимент ПИД-регуляторов