PODSTAWY AUTOMATYZACJI CZ 5 Ukady regulacji P PI

PODSTAWY AUTOMATYZACJI CZ. 5 Układy regulacji P, PI. PD, PID

Układ zamknięty regulacji (przypomnienie) Regulacja - proces zapewniający pożądany stan obiektu mimo działania zakłóceń lub zapewnienie pożądanego przebiegu procesu w układzie. Tor główny ilustruje zwykle przepływ głównego strumienia materiału lub energii w układzie regulacji. Łączy zasadniczą wielkość wejściową (zadaną w) układu i wielkość wyjściową (regulowaną y) Tor sprzężenia zwrotnego służy do przekazywania informacji o aktualnym stanie obiektu z pomocą urządzeń pomiarowych (przetworników, wzmacniaczy, mierników)

Układ zamknięty regulacji Opis całego układu za pomocą przykładowych równań operatorowych: 1. y(s) = e(s) * R(s) *W(s) *O(s) 2. p(s) = y(s)*P(s) 3. e(s) = w(s) – p(s) Wszystkie obiekty w torze głównym Transmitancja operatorowa 1 + wszystkie obiekty w całej pętli

Informacje podstawowe • Regulator R(s) – człon automatyki sterujący obiektem regulacji O(s). • Sygnał wyjściowy ur jest zależny od rodzaju regulatora (dwupołożeniowy, analogowy, P, PID). • Sygnałem wejściowym regulatora jest uchyb regulacji e. • Regulator zależnie od wielkości i znaku uchybu regulacji e odpowiednio zmienia sygnał sterujący ur tak aby spełnić warunek równości wielkości regulowanej y i wartości zadanej w. • Regulator ma zadanie kształtować dynamikę całego układu regulacji tak, aby zachować stabilność jego pracy (z zapasem) i zapewnić odpowiednią jakość procesu • Stan nieustalony (stan przejściowy) gdy w układzie występują zmiany sygnału wyjściowego. Zwykle jest to stan niepożądany w praktyce nie do uniknięcia w rzeczywistych układach regulacji • Stan ustalony - w układzie regulacji nie występują już zmiany sygnału wyjściowego lub są pomijalnie małe

Struktury regulatorów q Regulatory w praktycznych realizacjach są to: § oddzielne urządzenia elektroniczne § moduły programowe sterowników PLC lub mikrokontrolerów q Możliwe jest wielokrotne nastawienie jednego lub kilku parametrów regulatorów q Regulatory modelowane są jako układy o działaniu ciągłym (w rzeczywistości zawsze działają z ograniczoną rozdzielczością kwantowania wartości sygnałów wejściowych) q Najczęściej spotykane regulatory: § Proporcjonalny P § Proporcjonalno-całkujący PI § Proporcjonalno-różniczkujący PD § Proporcjonalno-całkujący-różniczkujący PID (D – derivative I – integrating P – proportional) q Rzadko spotykane regulatory: § Całkujący I § Rózniczkujący D

Regulator proporcjonalny P Stosowanych w prostych układach dla obiektów średniej inercji i stałej wartości sygnału zakłócenia. Wzmacniają odchyłkę wielkości regulowanej od zadanej z odpowiednim znakiem (ujemne sprzężenie zwrotne!) Składa się z jednego członu proporcjonalnego P, którego transmitancję określa wzmocnienie: Na podstawie wejściowego sygnału e(s) wytwarza sygnał proporcjonalny do sygnału błędu e(s).

Regulator proporcjonalny P Małe wzmocnienie Kp = słaba dynamika układu, powolna reakcja na sygnał z regulatora, duży uchyb ustalony

Regulator proporcjonalny P Układy regulacji z regulatorem typu P zawsze charakteryzują się tzw. niezerowym uchybem ustalonym Zwiększanie Kp przyspiesza regulację, ale może spowodować chwilowe oscylacje. Ciągle widoczny uchyb ustalony

Regulator proporcjonalny P Układy regulacji z regulatorem typu P zawsze charakteryzują się tzw. niezerowym uchybem ustalonym Zwiększanie Kp przyspiesza regulację, ale może spowodować chwilowe oscylacje. Ciągle widoczny uchyb ustalony

Regulator proporcjonalny P Układy regulacji z regulatorem typu P zawsze charakteryzują się tzw. niezerowym uchybem ustalonym Przekroczenie wzmocnienia krytycznego powoduje oscylacje niegasnące. Układ jest niestabilny, może spowodować uszkodzenie podzespołów.

Regulator proporcjonalno-całkujący PI regulator składający się z dwóch członów: proporcjonalnego P o wzmocnieniu Kp oraz całkującego I o czasie całkowania Ti. Transmitancję określa się wzorem: Na podstawie wejściowego sygnału e(s) wytwarza sygnał proporcjonalny do sygnału błędu e(s) oraz do całki sygnału błędu e(s). PI eliminuje wolnozmienne zakłócenia, czyli w stanie ustalonym sprowadza uchyb regulacji do zera (np. w regulacji nadążnej)

Regulator proporcjonalno-całkujący PI Całka sygnału błędu to pole pod wykresem uchybu e(s). Obecność uchybu regulacji zwiększa wielkość tego pola w czasie i wzmacnia „akcję” całkującą regulatora. Dodanie członu całkującego powoduje stopniową eliminację sygnału błędu (uchybu).

Regulator proporcjonalno-całkujący PI Całka sygnału błędu to pole pod wykresem uchybu e(s). Obecność uchybu regulacji zwiększa wielkość tego pola w czasie i wzmacnia „akcję” całkującą regulatora. Im większa wartość wzmocnienia Ti tym szybciej osiągana jest wartość zadana

Regulator proporcjonalno-całkujący PI Całka sygnału błędu to pole pod wykresem uchybu e(s). Obecność uchybu regulacji zwiększa wielkość tego pola w czasie i wzmacnia „akcję” całkującą regulatora. Zbyt duże wzmocnienie Ti może powodować wolne oscylacje o dużej amplitudzie, a nawet niestabilność układu

Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID regulator składający się z trzech członów: proporcjonalnego P o wzmocnieniu Kp, całkującego I o czasie całkowania Ti oraz różniczkującego D o stałej różniczkowania Td. Transmitancję określa się wzorem: Na podstawie wejściowego sygnału e(s) wytwarza sygnał proporcjonalny do sygnału błędu e(s), do całki sygnału błędu e(s) oraz do pochodnej sygnału błędu. PID w stanie ustalonym sprowadza uchyb regulacji do zera, a także redukuje zakłócenia szybkozmienne przy bardzo dużych zmianach wartości uchybu e(s). Człon D eliminuje zbyt duże przeregulowanie i zmniejsza oscylacje, jednocześnie zwiększa „wrażliwość” układu, na zakłócenia.

Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID Pochodna sygnału błędu „tłumi” oscylacje wartości regulowanej w czasie pracy regulatora. Pochodna mierzy szybkość zmian sygnału błędu Mała wartość Td = duże przeregulowanie

Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID Pochodna sygnału błędu „tłumi” oscylacje wartości regulowanej w czasie pracy regulatora. Pochodna mierzy szybkość zmian sygnału błędu Duża wartość Td może powodować szybkie oscylacje o małej amplitudzie

Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID Pochodna sygnału błędu „tłumi” oscylacje wartości regulowanej w czasie pracy regulatora. Pochodna mierzy szybkość zmian sygnału błędu Zbyt duża wartość Td może powodować niestabilna pracę układu

Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący PID Wstępnie dobrane nastawy regulatora PID umożliwiające poprawną pracę układu regulacji

Optymalizacja jakościowa Zmiana nastaw każdego z członów regulatora wpływa na pracę pozostałych członów regulatora. Nie można rozpatrywać każdego z członów osobno. Optymalizacja nastaw jest zadaniem wymagającym dodatkowych narzędzi ułatwiających ocenę pracy całego układu, ale także wymagającym obserwacji, doświadczenia i wiedzy o pożądanym działaniu układu. Regulator położenia katowego (serwomechanizm) https: //www. youtube. com/watch? v=fusr 9 e. Tce. Eo cd… Tabela zbiorcza Co daje zmiana wartości nastaw Kryteria jakościowe regulacji Dobór nastaw - Metody Auto tuning PID Regulator idealny vs. rzeczywisty