Regulátor PID

Vše co potřebujete vědět k zaregulování PID.

Plynulá regulace PID

Vše co potřebujete vědět k zaregulování PID

HW server
PID regulátor
Tento článek jsem našel na HW SERVERu a moc se mi líbil, a proto jsem ho připravil i pro Vás.
Přišly mi relevantní připomínky k tomuto článku, a proto je vkládám k daným pasážím. Děkuji!

PID regulátor není žádná novinka. Kdo má střední vzdělání, určitě o takové věci slyšel ve škole. Málokdo však má zkušenost s použitím takového regulátoru, natož s jeho nastavením.


Co je PID regulátor

Představte si, že jste regulátor a máte za úkol napustit vanu akorát po okraj. Takže přijdete do koupelny a vidíte, že vana je prázdná. Pustíte tedy vodu. A naplno, ať je to co nejdřív. Voda ve vaně přibývá a vy vidíte, že už bude plná. Kohoutek trochu přibrzdíte, protože máte strach, aby voda nepřetekla. Jenže zapomněli jste dát do vany špunt, takže hladina začne klesat. Takže zase přidáte. (Ten špunt tam nedáte, protože jste regulátor, který to neumí). A už ta vana bude plná. Uberete jen malinko. Voda začíná přetékat. Tak uberete víc. Hladina pomaloučku klesá, tak už jen malinko přidáte. Výsledek je ten, že vana je pořád plná, i když není zašpuntovaná, a stále do ní přitéká voda. Průtok vody je však nastaven tak, aby hladina nestoupala ani neklesala. Jako regulátor tedy fungujete velice dobře.

Druhý příklad, již trochu technicky, ať pochopíme, co to vlastně je PID. Regulátor má za úkol regulovat teplotu mikropáječky. Regulátor bude dodávat výkon, a aby věděl, jak velký výkon má dodávat, bude měřit teplotu. Ale ještě jednu důležitou věc regulátor musí vědět, to je teplota, na jakou má páječku roztopit. To bude tedy požadovaná teplota.


Proporcionální složka regulátoru

To je to první písmenko v názvu PID regulátoru. Regulátor odečte změřenou teplotu od požadované a rozdíl - budeme mu říkat odchylka - vynásobí konstantou. Výsledek je výkon, jakým bude páječka topit (třeba v procentech). Takže pokud bude změřená teplota o hodně nižší než požadovaná, bude výkon velký. Čím víc se bude změřená teplota blížit k požadované, tím bude výkon nižší, pokud bude změřená teplota stejná jako požadovaná, výkon bude nulový. Proporcionální složka je tedy vysvětlená. Pohrajme si nyní s nastavením proporcionální složky regulátoru. Zmínil jsem, že odchylku regulátor vynásobí konstantou. Pokud má konstanta proporcionální složky hodnotu nula, nebude tato složka fungovat. Výkon bude nulový, ať je odchylka velká, jak chce. Nastavíme konstantu na hodnotu 1. Když bude rozdíl teplot třeba 10 stupňů, výkon bude 10 procent. Nastavíme konstantu na hodnotu100. Teď z toho máme termostat. Když je změřená teplota o jeden stupeň nižší, bude topit na 100 procent, když bude odchylka nulová, nebude topit.


PID_01
 
Takto bude vypadat průběh teploty, pokud bude konstanta proporcionální složky nastavená poněkud méně, než je třeba.

PID_02
 
Takovýto průběh teploty bude mít proporcionální regulátor, pokud jeho konstanta bude nastavená asi tak dobře.

PID_03
 
Takový průběh teploty bude mít proporcionální regulátor s příliš vysokou konstantou.

Soubory: 

Optimální seřízení PID regulátoru

   Našel jsem krásně popsané seřízení regulátorů v knize Měření a regulace ve vytápění (04-226-74) od Ing. Jiřího Cikharta, CSc., za které se v klidu mohu postavit. Snad mi autor tuto osvětu odpustí:

Vhodně zvolený regulátor je třeba seřídit tak, aby regulační pochod splňoval požadavky na jakost regulace. Toto seřízení je všeobecně dosti obtížné, i když existují metody vycházející z vlastností regulované soustavy, které umožňují stanovit předem hodnoty nastavitelných parametrů regulátoru. Přesto je třeba regulátor seřídit přímo na místě definitivně. Nejvíce se osvědčila metoda Zieglerova-Nicholsova, při níž se seřizuje regulátor v provozním zapojení. Výsledky seřízení jsou uspokojivé.
Postup seřizování regulátoru připojeného k regulované soustavě bude uveden pro každý typ regulátoru.

Seřízení P-regulátoru. Zesílení regulátoru r0 se pomalu zvětšuje tak dlouho, až v obvodu nastanou harmonické kmity. Odpovídající zesílení je r0 krit. Optimální nastavení zesílení r0 opt je pak

   r0 opt 0,5r0 krit

Seřízení I-regulátoru. Integrační konstantu Ti nastavujeme tak dlouho, až v obvodu vzniknou harmonické kmity. Určíme odpovídající dobu kmitu Tkrit. Optimální nastavení integrační časové konstanty Ti opt je pak