Сделай Сам Свою Работу на 5

Рекомендации по настройке параметров ПИД – закона

 

Как должно быть ясно из предыдущего, достаточно хорошие значения ПИД – коэффициентов можно получить, проведя эксперимент при позиционном законе регулирования и записав его результаты в виде графика.

Приведем необходимый список шагов для такой настройки.

Чтобы не перегреть объект во время эксперимента, назначьте уставку на 30% меньше нужной температуры. Если перегрев объекта не опасен, то уставку назначьте равной нужной температуре, т.е. задайте реальную уставку.

Включите позиционный закон с минимальным гистерезисом, например, KH = 1°C.

Запишите температурную кривую выхода на режим регулирования. У Вас получится график типа 1 (рис.2.1).

Измерьте максимальный размах колебаний δT при выходе температуры на установившийся режим. Например, на рис.2.1 этот размах δT = 9°С.

Когда колебания установятся, измерьте период колебаний τ (время между соседними минимальными значениями температуры). Например, на рис.2.1 это время обозначено двойной стрелкой и равно τ ≈ 600 с.

Теперь включите ПИД-закон регулирования. Параметр Kp выберите равным размаху колебаний δT, параметр Ki - равным периоду колебаний τ, а параметр Kd назначьте равным 0.2τ . Если в Вашем приборе есть параметр KЗ «Зона действия ПИД – коэффициентов», то назначьте его равным параметруKp. Если параметр KЗ в Вашем приборе задается в процентах, а не в градусах, то пересчитайте KЗ в проценты по формуле KЗ = 100%*Kp/TSP.

Запишите кривую выхода температуры на режим регулирования и подкорректируйте ПИД-параметры, если это необходимо:

eсли кривая похожа на график 1 (рис.2.4), то выбранные значения параметров оптимальны, пользуйтесь ими;

eсли на переходной кривой отчетливо видны переходные затухающие колебания с иным периодом, чем это было в позиционном законе, то назначьте Kiравным этому новому периоду колебаний;

eсли наблюдается заметный перегрев при выходе на уставку, то увеличьте в два - три раза ширину зоны пропорциональности Kp. При увеличении Kp обратите внимание на то, что если в Вашем приборе есть параметр KЗ - «Зона действия ПИД - коэффициентов», то этот параметр увеличивать не нужно, оставьте его таким как выбрали в п.6.



Обычно, при переносе терморегулятора на другой объект или в случае существенного изменения тепловых характеристик объекта процедуру настройки ПИД – коэффициентов необходимо проводить заново. Такие перенастройки не требуются в приборах с автоматической настройкой параметров регулирования.

 

 

АвтоПИД

 

Адаптивный терморегулятор в процессе взаимодействия с тепловым объектом самонастраивается, то есть определяет оптимальные значения параметров регулирования автоматически.

Первоначально АПИ (адаптивный, пропорционально интегральный) регулятор начинает регулирование в позиционном режиме регулирования. Как было показано ранее (рис.2.1) температурная кривая объекта при этом представляет собой релаксационные колебания. Из анализа температурной кривой и характеристик двух релаксационных колебаний АПИ регулятор определяет параметры Кp и Кi и переходит в режим ПИ регулятора с выбранными параметрами.

Для опробования алгоритма АПИ регулятора была построена математическая модель, которая анализировалась численно. Результаты модельных расчетов показали, что найденные по разгонной кривой параметры ПИ регулирования приводят к желаемому поведению системы. На рис. 2.5 приведен один из графиков процесса регулирования, ПИ коэффициенты в котором определялись по второму периоду колебаний температурной кривой при позиционном регулировании.

Для реализации АПИ алгоритма использовалась аппаратная часть серийного прибора Термодат-12, имеющего возможность осуществлять терморегулирование с ПИД коэффициентами, задаваемыми оператором вручную. Программа, и, соответственно, меню прибора Термодат были изменены и расширены. Был добавлен блок «Автонастройка».

После нахождения ПИ параметров и проверки их «на разумность», эти параметры записываются в память прибора, и включается ПИ регулирование.

АПИ алгоритм тестировался на объектах, существенно отличающихся друг от друга по размеру, массе, тепловой мощности нагревателя, полной теплоемкости, коэффициенту теплоотдачи и постоянной времени. Эти объекты таковы: промышленная печь, муфельная печь, паяльник, колба лампы освещения, электроплита.

Первым объектом для экспериментов по проверке эффективности АПИ алгоритма была промышленная печь. Печь использовалась в производстве для сушки окрашенных деталей, имела размеры 2200х2000х1000 мм и массу 400 кг. Электронагреватель печи имел максимальную мощность 4400 Вт. Серия экспериментов с использованием промышленной печи была проведена для различных начальных температур, с одной и той же уставкой TSP =180 ºС.

Каждый эксперимент состоял из двух этапов: определения коэффициентов ПИ регулирования при разных начальных температурах и запуск режима ПИ регулирования с найденными коэффициентами для проверки эффективности регулирования.

Ниже приведены результаты эксперимента для промышленной печи при начальной температуре Тстарт = 47±1 ˚С. Зависимость температуры от времени, полученная в ходе эксперимента приведена на рис.2.6.

Первый участок графика соответствует нагреву в позиционном режиме регулирования до температуры Ткол = 0.7·(ТSPТстарт), в данном случае до Ткол = 140˚С. Температура достигает Ткол за 1400 секунд. Вблизи температуры Ткол регулирование осуществлялось по позиционному закону на протяжении двух периодов или 1700 секунд. По результатам измерений АПИ алгоритм производил вычисления ПИ коэффициентов и записывал их в память прибора. Затем включался режим ПИ регулирования с найденными ПИ коэффициентами. Температура в режиме ПИ регулирования достигает уставки 180 ˚С примерно за 1000 секунд. В результате этого эксперимента АПИ алгоритм вычислил и записал в память коэффициенты Kp= 6.3 ˚С, Ki= 830 с.

На втором этапе осуществлялся повторный запуск «холодной» промышленной печи с коэффициентами, найденными на первом этапе. Разгонная кривая для этого процесса приведена на рис. 2.7. В соответствии с АПИ алгоритмом регулирование до значения 0.8·ТSP осуществлялось в пропорциональном режиме (Kp= 6.3˚С), и только после достижения температурой значения 180 °С включалась и интегральная составляющая (ПИ регулятор с Kp= 6.3˚С, Ki= 830 сек.). Температура достигала уставки за 2800 секунд, далее наблюдалось небольшое перерегулирование до 185 ˚С, и быстрый выход на уставку. Полное время нагрева и выхода на уставку составляет 3500 секунд, и после этого прибор с найденными коэффициентами поддерживает высокое качество регулирования.

Таблица 2.1 АПИ регулирование печи (ТSP =180°C)
N Тстарт,˚С Kp,˚С Ki, с
47.3 6.3
4.6
166.5 4.5
4.9
5.8
Сред.   5.2

Аналогично были проведены еще четыре эксперимента, результаты которых приведены в таблице 2.1.

Анализ полученных данных показывает, что ПИ алгоритм с найденными коэффициентами приводит к высокому качеству регулирования.

Эксперименты с муфельной печью и электроплитой также дали хорошие результаты. Для муфельной печи были найдены коэффициенты Kp = 3.0±0.5˚C, Ki =760±150 c , а время выхода на режим регулирования составило 2500 с.

Для электроплиты коэффициенты оказались такими: Kp=45±9ºC, Ki=1450±120 c, а время выхода на режим 1100 с . Качество регулирования для обоих объектов было хорошим.

Вторая серия экспериментов по проверке эффективности АПИ алгоритма осуществлялись с объектами, обладающими малой тепловой инерцией. В качестве малоинерционного теплового объекта применялась стеклянная колба лампы накаливания. Для экспериментов была выбрана лампа мощностью 50 Вт. Уставка задана равной 120˚С.

В результате работы АПИ алгоритма для лампы были определены следующие коэффициенты Kp=55±5˚C, Ki=400±60 c.

Разгонная кривая для ПИ регулирования с найденными коэффициентами характеризуется быстрым (350 с) выходом на уставку. Регулирование происходит с точностью 0.8˚С, что характеризуют найденные коэффициенты как оптимальные.

Для другого малоинерционного объекта – паяльника, было получено удовлетворительное качество регулирования при следующих параметрах: Kp=70±7˚C, Ki=590±70 с.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.