Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak działa regulator PID?

stabilizator 25 Jun 2021 23:52 381 0
Metalwork
  • Regulator PID to twór matematyczny, który służy do sterowania zadanym obiektem przy użyciu zmiennej wejściowej (jednej lub wielu). Stosuje się go, przede wszystkim, w układach automatyki, gdzie ma nadzorować jakiś proces.

    Załóżmy, że woda w zbiorniku ma mieć temperaturę równą 50ºC. Na pewno nie więcej, żeby ktoś się nie poparzył, mniej – lepiej też nie. Czasem ktoś z niego pobiera tę wodę powoli przez długi czas, ktoś inny wyleje połowę jego zawartości od razu. Osoba obsługująca ten zbiornik zazwyczaj napełnia go zimną wodą, niekiedy cieplejszą, ale tempo, czas napełniania i ilość dolanej wody też nie są z góry znane.

    W zbiorniku znajduje się grzałka elektryczna. Można regulować jej moc przy użyciu zmiany wypełnienia (PWM) w zakresie 0-100%. Znajdujący się przy niej sterownik realizuje konwersję liczby na odpowiednie wypełnienie, więc tym nie musimy się przejmować. Do pomiaru temperatury służy cyfrowy czujnik, zwracający temperaturę z rozdzielczością 1ºC. Można więc odróżnić, czy woda ma 45ºC, czy 46ºC.

    Główny problem brzmi: jakie wypełnienie sygnału przyjąć w danej chwili, aby możliwie najdokładniej utrzymywać zadaną temperaturę? Drugie wymaganie: chcemy najszybciej ją osiągnąć. Zwykłe włączanie i wyłączanie grzałki, jak w termostacie, sprawi, że jej temperatura będzie oscylowała wokół 50ºC.

    Do realizacji tego typu procesów (ogrzewanie wody to przecież proces) służy regulator PID, czyli system składający się z trzech członów:
    P – proporcjonalnego
    I – całkującego
    D – różniczkującego

    Należy tutaj dodać, że podstawą do działania regulatora PID jest uchyb, czyli wartość różnicy między wartością zadaną a aktualną. Uchyb może być dodatni, ujemny lub zerowy.

    Pierwszy człon przenosi wielkość wejściową na wyjściową poprzez pomnożenie uchybu przez 1. Drugi człon całkuje, czyli sumuje dotychczasowe uchyby. Trzeci człon różniczkuje uchyb, czyli reaguje na jego wzrost lub spadek. Wyjście każdego z tych członów jest mnożone przez odpowiedni, ustalony współczynnik, a następnie sumowane. Trzeba również sprawdzić, czy uzyskana w ten sposób wartość nastawy mieści się w dozwolonych granicach. W naszym przykładzie, jest to liczba od 0 do 100. Jeżeli nie, trzeba ją ograniczyć do akceptowalnej wartości.

    Człon proporcjonalny kompensuje aktualny uchyb – jeżeli temperatura spadła, trzeba mocniej grzać. Człon całkujący zbiera informacje o przeszłości: czy dotychczasowe uchyby były silne? Jeżeli tak, to trzeba grzać mocniej. Jeżeli były delikatne, to, jego zdaniem, moc grzania może być niewielka.

    Trzeci człon, różniczkujący, niekiedy jest pomijany (powstaje wtedy regulator PI), a próbuje on przewidzieć przyszłość. Jeżeli temperatura gwałtownie spadła, bo ktoś dolał bardzo dużo zimnej wody, to moc grzania natychmiast ma silnie wzrosnąć. Kiedy sytuacja zacznie się normować – temperatura wody zaczyna rosnąć – zacznie nieznacznie przeciwstawiać się pierwszym dwóm członom. Po osiągnięciu zadanej temperatury, nie odgrywa żadnej roli.

    Kluczem do uzyskania jak najlepszej pracy jest odpowiedni dobór liczb, przez które mnożone są wyjścia poszczególnych członów przed ich zsumowaniem. Algorytmy pozwalające uprościć tę procedurę są nadal prężnie rozwijane. Nieprawidłowo dobrane wagi (czyli właśnie te liczby) mogą skutkować nieosiąganiem zadanej wartości albo skłonność do wpadania układu w silne oscylacje.

    Regulator PID może mieć formę gotowego sterownika, czyli puszeczki z elektroniką i wyświetlaczem, do której podłącza się przewody. Może to też być fragment kodu zaszytego w mikrokontrolerze albo w programie komputerowym. Nie ma znaczenia, jak będzie to zrealizowane – chodzi o przetworzenie informacji wejściowej (uchybu) na trzy wymienione wyżej sposoby, a następnie ich zsumowaniu.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    stabilizator
    Editor
    Offline 
    stabilizator wrote 87 posts with rating 171, helped 0 times. Been with us since 2020 year.
  • Metalwork