Позиционные регуляторы и двухпозицонное регулирование

Позиционный регулятор

Позиционные регуляторы прерывистого действия обычно применяются в комбинации с контактными гальванометрами или промежуточными реле.
 

Позиционные регуляторы приборной системы разрабатываются и выпускаются как на базе показывающих логометров и милливольтметров, так и на базе самопишущих приборов.
 

Позиционными регуляторами являются также электронные мосты типов ЭМД-217 и ЭМП-207, электронные потенциометры типов ЭПД-17 и ЭПП-09, которые снабжены позиционным регулирующим устройством.
 

Позиционными регуляторами называют такие, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения.
 

Позиционными регуляторами называют такие, у которых регулирующий орган может занимать два или несколько определенных положений.
 

Позиционными регуляторами называются такие, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. Например, у автоматического регулятора уровня РУПШ-16 регулирующий орган ( клапан) в процессе наполнения сепаратора до заданного уровня все время закрыт. При достижении уровнем заданной величины клапан открывается и находится все время в открытом состоянии, пока уровень в сепараторе не достигнет нижнего крайнего положения. Этот регулятор называется двухпозиционным.
 

Автоматическими позиционными регуляторами называются такие, у которых регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. Наибольшее применение получили так называемые двух — и трехпозиционные регуляторы.
 

Поэтому позиционные регуляторы применяются в объектах с малым запаздыванием и большой емкостью.
 

Параметры позиционного регулятора, входящие в неравенства, определяющие условия устойчивости и существование автоколебаний, будут параметрами настройки. Такими параметрами для позиционных регуляторов могут быть коэффициент усиления цепи и пш-ржна релейной характеристики.
 

У позиционных регуляторов — регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. Наибольшее применение получили так называемые двух — и трехпозиционные регуляторы.
 

Применение позиционных регуляторов, управляющих реверсивным двигателем на валу регулятора напряжения, также не обеспечивает точного регулирования. Удовлетворительное регулирование достигается лишь включением в цепь управления исполнительным механизмом релейного элемента с задержкой времени.
 

У позиционных регуляторов регулирующий орган может занимать два или три определенных положения. У двухпозиционных регуляторов может быть два положения регулирующего органа — полностью открытое или полностью закрытое. Перестановка регулирующего органа у двухпозиционного регулятора происходит почти мгновенно. Так как двухпозиционное регулирование наиболее простое, его применяют в объектах с большим коэффициентом емкости и незначительным переходным и передаточным запаздыванием. К трехпозиционным регуляторам относят такие, у которых регулирующий орган может занимать три положения — полностью открытое, среднее ( нормальное) и полностью закрытое.
 

У позиционных регуляторов регулирующий орган может занимать, два или три определенных положения. У двухпозиционных регуляторов может быть два положения регулирующего органа — полностью открытое или полностью закрытое. Перестановка регулирующего органа у двухпозиционного регулятора происходит почти мгновенно. Так как двухпозиционное регулирование наиболее простое, его применяют в объектах с большим коэффициентом емкости и незначительным переходным и передаточным запаздыванием. К трехпозиционным регуляторам относятся такие, у которых регулирующий орган может занимать три положения — полностью открытое, среднее ( нормальное) и полностью закрытое.
 

Прибор ЭМП.

Система позиционного регулятора состоит из задающего и регулирующего устройств.
 

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.

Данный тип регулятора 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, в следствии 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°С и отключать соответственно при 16°С.

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 отличии 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, характер возмущений, воздействующих на объект регулирования.

Трехпозиционное регулирование

Трехпозиционное регулирование позволяет получить амплитуды колебаний в 2 — 3 раза меньшими, чем при двухпозиционном; в то же время оно обладает явно выраженным статизмом.
 

Трехпозиционное регулирование осуществляется также по принципу пуска и остановки, но в отличие от двухпози-ционного позволяет сгладить скачкообразное изменение холодо-производительности установки.
 

Трехпозиционное регулирование, так же как и многопозиционное, может рассматриваться как самостоятельный вид автоматического регулирования. Характеристики много — и трехпозиционных регуляторов отличаются от характеристики двухпозиционного регулятора лишь увеличением числа ступеней. Таким образом, двух-и трехпозиционные регуляторы могут рассматриваться как частные случаи много позиционных регуляторов.
 

Трехпозиционное регулирование заключается в том, что к объекту, в зависимости от его температуры, подводится одно из трех заданных значений мощности. Если температура находится в заданных пределах, то к объекту подводится некоторая средняя мощность. При отклонении температуры за заданные пределы происходит переключение на повышенную или пониженную мощность, в зависимости от знака отклонения.
 

Применение трехпозиционного регулирования совместно с импульсным регулятором удовлетворяет практически требованиям любого процесса нагрева, осуществляемого в печах сопротивления, поэтому в электрических печах пропорциональное и изодромное регулирование не применяются.
 

Для трехпозиционного регулирования в прибор помещают две пары катушек, находящиеся на самостоятельных стрелках-задатчиках, устанавливаемых на некотором расстоянии друг от друга, а также две лампы и три командных реле.
 

При трехпозиционном регулировании нужно соответствующим образом настроить регулирующее устройство потенциометра. Двумя средними дисками устанавливают впадину такой длины, чтобы средняя пара контактов была замкнута во всем промежутке от момента размыкания первой пары контактов до максимальной температуры.
 

При трехпозиционном регулировании имеется возможность получения двух ступеней мощности печи, например, путем переключения ее нагревателей с треугольника в звезду. Это позволяет приблизить мощность печи к необходимой средней мощности и тем самым уменьшить крутизну кривой нагрева и амплитуду колебаний температуры печи.
 

Принципиальная схема узлов сравнения и сигнализации отклонения.

При трехпозиционном регулировании на каждую точку используется по три реле.
 

В трехпозиционном регулировании используют переключение мощности и отключение. Печь имеет три позиции мощности — полную, частичную и нулевую.
 

При трехпозиционном регулировании, когда параметр находится в диапазоне нормальных значений и контакты обоих групп УК я У / Са разомкнуты, через нормально замкнутые блок-контакты БК и БКг — получает питание катушка электромагнитного реле Р3 с ртутным выключателем Кз — При замыкании контактов одной из групп У / d или УКг реле РЗ обесточивается и одновременно включается одно из реле Р или Рг. УКг связаны — с общим указателем задания, показывающим среднее значение зоны нормальных значений параметра. Позиционное устройство питается от трансформатора Тр электронного усилителя через селеновый выпрямитель. Допустимая погрешность срабатывания контактов позиционного устройства 1 % от диапазона шкалы прибора; зона нормальных значений регулятора может быть настроена в интервале от 0 до 20 % шкалы — прибора. Указатели задания могут быть в пределах от 5 до 95 % шкалы прибора.
 

Схема многоточечного реле температуры на базе моста КСМ4.

При трехпозиционном регулировании в состав моста входят два выходных реле и два выходных переключателя.
 

При трехпозиционном регулировании регулирующее устройство работает в комплекте с блоками реле БР-01 по такой же схеме, как и при наличии двухпозициовного регулирующего устройства. Если же параметр находится в зоне норма, реле К1 и К. В момент печати замыкаются контакты S14, и фаза N источника питания ( штепсельный разъем XI прибора) через контакты реле К.
 

ПИД-регулятор. Полное описание, применение

ПИД

(или английская аббревиатура — PID) – это регулятор, осуществляющий пропорциональное, интегрирующее и дифференциальное управление. ПИД регуляторы находят широкое применение в современных системах точного контроля, таких как управление термосистемами и системами позиционирования. Использование ПИД регуляторов помогает уменьшить энергетические потери на настройку системы и обеспечивают более быстрый выход на требуемые параметры.

В общем случае ПИД регулятор получает значение определяющего параметра от объекта (Рис. 1) и воздействует на управление, состояние которого влияет на исходный параметр. Классическим примером применения ПИД регулятора являются управление термосистемой, будь это нагреватель или холодильная установка. Данный пример интересен тем, что нагрев или охлаждение процессы достаточно инертные и зачастую снижение температуры получается естественным путем из-за потерь

ПИД регуляторы применяются в системах, математическое описание которых трудоемко, или не может быть получено из-за случайного характера воздействия внешней среды или помех. Для термосистемы информация о состоянии объекта представляет собой значение температуры с датчика, а объект управления – нагреватель системы. Размерности графиков приведены условно, так как точная модель регулятора зависит от конкретных особенностей термосистемы.

Пропорциональное управление

рассчитывается как произведение постоянного коэффициента Кpна текущую ошибку отклонения. Если включить в обратную связь нагревателя термосистемы только пропорциональное управление, требуемую температуру вообще невозможно достичь (Рис. 2). Это связано с инерционностью системы, так как управление нагревателем должно осуществляется с учетом динамики повышения температуры объекта.

Интегральное регулирование

реализуется умножения суммы ошибок температур до текущего момента времени на интегральный коэффициент KI. Для термосистем интегрирующее управление вполне может поддерживать заданную температуру(Рис. 3). Такое управление компенсирует запаздывание нагревание объекта и позволяет приблизиться к требуемому значению с большей или меньшей точностью. Для систем с меньшей инерционностью применения только интегрального управления неприменимо, так как запаздывание процесса накопления ошибки приведет к «вылетанию» регулируемого параметра и появлению колебаний.

С применением дифференциального управления

система получает возможность компенсировать возможную будущую ошибку параметра. Расчет дифференциальной составляющей численно выглядит как разность между текущим и предыдущим значением параметра, умноженную на коэффициент регулирования KD. Так как используется измерения, выполненные в небольшом интервале времени, ошибки и внешнее воздействие сильно влияет на процесс регулирования. Дифференциальное управление в чистом виде трудно реализуется для большинства систем из-за указанных факторов.

В сумме, три компоненты ПИД регулятора обеспечивает получение эффективного результата в коротком промежутке времени (Рис. 4).

На практике лучшие результаты достигаются подбором констант для каждого компонента регулирования. Также находят применения саморегулирующие ПИД контроллеры, для которых коэффициенты рассчитываются программным путем внутри системы.

Источник

Применение частотного преобразователя в схеме вентиляции: настройка ПИ регулятора

Перейти в каталог продукции: Частотные преобразователи

На рисунке изображена схема типичной системы вентиляции:

Воздух на рисунке поступает через входное отверстие из внешней атмосферы и по цетральному каналу направляется к мотору системы вентиляции. Этот воздух пройдет через фильтр, очищаясь, пред тем как он будет распределен по выпускным каналам непосредственно в помещения.

Мотор-вентилятор соединен с преобразователем частоты Lenze SMD. Преобразователь контролирует скорость мотор-вентилятора для постоянного поддержания необходимого объема / давления воздуха передаваемого по системе каналов. Уровень давления определяется датчиком (Д). Таким образом осуществляется обратная связь с преобразователем частоты. Воздушный фильтр в центральном канале постепенно засоряется, и датчик определяет это, так как давление в камере постепенно снижается. Частотный преобразователь увеличивает скорость вентилятора, чтобы поддержать постоянное воздушное давление в системе. Когда фильтр становится полностью засорен, преобразователь частоты подает сигнал, указывающий, что фильтр должен быть заменен.

Датчик давления измеряет давление воздуха в миллибарах и имеет диапазон от 10 до 160 мбар. Датчик давления имеет выход 0-10V и подключен к аналоговому входу преобразователя частоты. Сигнал датчика давления воздуха имеет линейную характеристику, также как происходит снижение давления. Необходимо чтобы вентиляционная система постоянно поддерживала в системе каналов давление 80 мбар. По каналу обратной связи от датчика давления воздуха может поступить сигнал о падении давления менее 60 мбар. В этом случае преобразователь частоты по релейному выходу подает сигнал о необходимости замены фильтра.

Минимальная частота работы привода должна быть на уровне 15Гц. Это позволит защитить электродвигатель от продолжительной работы на низких скоростях.

Схема подключения частотного преобразователя SMD:

Настройка параметров ПИ регулятора:

No.	Название	Уставка	Примечание
C08	Конфигурация – релейный вход	10	Обратная связь – мин. \ макс. Уровень. Настройка сиганлизации – d46 и d47
С10	Минимальная выходная частота	15	Настройте SMD на минимальную выходную частоту 15Гц
С34	Конфигурация аналогового входа	Настройте аналоговый вход на сигнал 0…10V
С70	Пропорциональная составляющая	#	Установите пропорциональную составляющую на необходимом уровне
С71	Интегральная составляющая	#	Установите интегральную составляющую на необходимом уровне
с81	Уставка ПИ регулятора	80	Опорная величина (установите в мбар.)
c86	Минимальная обратная связь	10	Минимальный уровень ПИ по сигналу обратной связи
c87	Максимальная обратная связь	160	Максимальный уровень ПИ по сигналу обратной связи
d25	ПИ уставка ускорения, торможения	#	Установите рампу изменения скорости ПИ уставки
d38	Пи режим	1	Режим ПИ включен, положительная обратная связь
d46	Минимальный уровень сигнала обратной связи	60	Минимальный уровень сигнала получаемый от датчика давления
d47	Максимальный уровень сигнала обратной связи	150	Максимальный уровень сигнала получаемый от датчика давления

Пропорциональная составляющая это основная уставка, которая корректирует скорость прямо пропорционально ошибке. Если использовать только пропорциональную составляющую это всегда будет приводить к ошибке в системе. Если значение пропорциональной составляющей слишком низко, то отклик будет слишком вялый. Если же это значение слишком велико, то система будет непостоянной, и изменения будут носить колебательный характер.

Интегральная составляющая используется для устранения статической ошибки. Она продолжает увеличивать основную команду задания скорости, основанную на накопленной ошибке за период (или уменьшать скорость в случае отрицательной ошибки). Даже маленькая величина интегральной составляющей может оказать существенное влияние на исполнение заданного значения контроллера. Если значение слишком высоко – система проскочит требуемое значение, особенно если значительное изменение шага произошло по ошибке.

Перейти в каталог продукции: Частотные преобразователи

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.

Требования: поддержание температуры по зонам печи +/- 5С.

МЕТОДИКА:

 Настройка пропорциональной компоненты (Xp)

1. Перед настройкой зоны пропорциональности интегральная и дифференциальная компоненты отключаются:

• Постоянная интегрирования устанавливается минимально возможной (Ти =0),
• Постоянная дифференцирования минимально возможной (Тд = 0).

Тο — начальная температура в системе;
Тsp — заданная температура (уставка);
∆T — размах колебаний температуры;
∆t — период колебаний температуры.

1. Меняем значение пропорциональной составляющей Xp 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 (±10С, или как по заданию). Колебания должны быть одинаковы от Тsp.

После получения данной кривой на нашем объекте, засекаем время периода колебаний ʌt – полный период. Данное время есть характеристика системы, оборудования.

3. Используя полученные параметры рассчитываем Ти и Тд.

	Зона пропорциональности	Коэффициент передачи	Постоянная времени интегрирования	Постоянная времени дифференцирования
П-регулятор	2*PBs	0.5*Xp
ПИ-регулятор	2.2*PBs	0.45*Xp	0.83*ʌТ
ПИД-регулятор	1.67*PBs	0.6*Xp	0.5*ʌТ	0.125*ʌТ

Цифры в формулах для расчета коэффициентов ПИД-регулирования скорректированы на основе запуска камерной электрической печи в опытно-промышленную эксплуатацию. И конечно в зависимости от типа объекта регулирования могут незначительно меняться.