ПИД-регулятор: описание, состав, настройка

Очень часто для системных процессов необходимо, чтобы контролируемый параметр (например, температура или скорость вращения) был способен мгновенно реагировать на воздействие извне и при этом поддерживать другие значения системных констант, таких как давление, поток и т. п. В качестве примера можно привести насосную систему, которая содержит несколько клапанов для отвода жидкости. Для поддержания постоянного равномерного потока на каждом клапане давление трубопровода должно иметь постоянное значение. Если насос системы управляется приводом, то в случае

открытия одного или нескольких клапанов скорость мотора необходимо повышать, а в случае закрытия – понижать. Так в системе будет поддерживаться постоянное давление. Для обеспечения такой работы требуется ПИД-регулятор. Давление системы измеряется датчиком и сравнивается с заданным значением. По результатам сравнения ПИД-регулятор контролирует скорость мотора. В этой статье мы рассмотрим, что же представляет собой такое устройство.

Из чего состоит ПИД-регулятор

С целью устранения ошибок в системе в состав упомянутого устройства входят три составляющих: интегральный, дифференциальный и пропорциональный регуляторы. Пропорциональный прибор является основным там, где задание уровня скорости пропорционально ошибке. Однако если использовать только эту составляющую, то в системе всегда будет присутствовать ошибка. Высокие значения данного устройства приводят к колебаниям и нестабильности системы, а низкие - к «вялости». Интегральный прибор используют для исключения ошибок. Скорость растет до момента исключения погрешности (при отрицательной ошибке – уменьшается). Относительно малые величины интегральной составляющей оказывают существенное влияние на работу прибора в целом. Если установить слишком большое значение, то система начнет работать с перерегулированием. Дифференциальное устройство оценивает скорость изменения ошибок, оно применяется для увеличения скорости системы. Однако при повышении быстродействия регулятора увеличивается и уровень перерегулирования, что может привести к нестабильности системы. Чаще всего данная составляющая выставляется на значение, близкое нулю, однако она может оказаться весьма полезной в системе позиционирования. Свое название ПИД-регулятор получил по первым буквам этих трех компонентов. Как видно из описания прибора, важным требованием к правильной работе устройства является его отладка.

Настройка ПИД-регулятора

Для каждой системы настройка прибора проводится индивидуально, здесь мы рассмотрим основные рекомендации, общие для различных ситуаций:

1. Установить дифференциальную и интегральную составляющие в нуль. Задать максимальную скорость и наблюдать за реакцией.

2. Увеличить пропорциональную составляющую и повторить пункт первый. Продолжать эту процедуру до начала автоколебательного процесса.

3. Уменьшать эту составляющую до стабильности системы.

4. Выставить значение пропорциональной составляющей на 15 % ниже устойчивого.

5. Выставить ступенчато-максимальное значение скорости с помощью изменения интегральной составляющей.

6. Обычно дифференциальный регулятор в настройке не нуждается.

7. Проверить стабильность системы.

Заключение

Применение подобных устройств в технике весьма широко, используют их практически в любой сфере человеческой деятельности. Так, например, ПИД-регулятор температуры присутствует в электрочайнике или в персональном компьютере (в ПК он нужен для регулировки скорости вращения вентиляторов при увеличении температуры процессора).