Baza znanja Teorija upravljanja PID regulator | PID regulator |
|
|
|
| Autor Marko Nikolić | |
 PID kontroleri se nalaze u velikom broju u svim industrijama. Mogu se naćiu mnogo različtih formi, pakovanih kao standardne proizvode koji se preko 100 000godišnje fabrički proizvedu. PID kontroleri su takođe umetnuti u svimvrstama, kontrolnih sistema posebne svrhe i namene. Oni su pretrpeli mnogepromene u tehnologiji protežući se od pneumatika do elektronskih cevi, tranzistora, integrisanih kola i mikroprocesora. Ovi kontroleri imaju nekoliko važnih funkcija: oniobezbeđuju povratne sprege, imaju mogućnost da eliminišu stacionarno stanje integralni dejstvom, oni mogu predvideti ponašanje sistema i mogu se naći na kraju sa pokretačem suturacije. Mnogodobrih postupaka kontrole je izdejstvovano u njima. PID kontroleri su takođeumešani u mnoge probleme kontrolisanja, pogotovo gde su dinamički procesi pokretačke snage i bez pretenzija izvode zahtev. Stoga su oni snažne komponenteu kontrolisanju inzenjerskih tehnologija, zajedno za logikom,sekvencionalnim mrežama, selektorima, i jednostavnim radom blokova,oni su upotrebljeni da grade automatizacionu opremu za proizvodnju energije,transporta i proizvodnje, koja je važan deo današnje tehnologije. Mikroprocesor jeimao dramatični uticaj na PID kontrolere kao i na druge vrste elektronike iveilki broj od ovih danas proizvedenih u osnovi imaju mikroprocesore. Osnovemikroprocesorskog sistema su prevod prethodnihtehnologija. Osnovni način u razumevanju kako da se ovo uradi je izveden ukasnim sezdesetim i ranim sedamdesetim u konekciji sa razvojem direktnihdigitalnih kontrola sistema na kompjuterima. Treba da se ima na umu da je seračunarska moć današnjih mikrosistema često nadmašena i prevaziđena računskom moćiovih manjih računara. Proizvođači su shvatili potencijal mikrosistema i novekarakteristike su se konstantno pojavljivale. Iako su PIDkontroleri prosti i dobro poznati, oni su nedovoljnosinhronizovani. To se može dokazati u kontrolnoj sobi svake industrije.Određivanje parametara je često isključeno iz prostog razloga što je teškopodešavati ih propisno (tačno). Nema slučajnosti da određivanje može bitiisključeno u većini kontrolera koji obezbeđuju tu funkciju. Mikroprocesornudi interesantne mogućnosti koje obezbeđuju dobro automatsko podešavanje kaoi podešavanje sporih operacionih uslova. Svrha samopodešavanje ( autoturting ) znači da su parametri kontroleraautomatski podešeni na zahtev operatora ili spoljašnjeg signala, iprilagođavanje ( adaptacija ) znači da se parametri kontrolera stalnoučitavaju. PID kontrola-osnovni algoritam PID regulator je najpoznatiji algoritamkontrole. Većina povratnih sprega je regulisana ovim algoritmom ilisa njegovim manjim varijantama. To je instrument sa mnogo različitihformi, kao samostalan regulator ili kao deo DDC sistema . Više hiljada sprava i inženjera kontrole širom svetakoriste takve regulatore u svakodnevnom radu. PID algoritam može da se dobijeiz mnogo različitih načina. Može se posmatrati i kao uređaj kojimse može rukovati ručno uz nekoliko pravila ali takođe može i analitickim putem. Osnovi algoritam PID-a:   gde je u(t) upravljanje i e je greška ( e=r-y )-razlika između potrebne vrednosti r i izmerene vrednosti y. Stogapromenljiva u(t) je suma: P člana koji je proporcionalan grešci, I članu koji je proporcionalan integrlugreške, D članu koje je proporcionalan izvodu greške. Parametri regulatora su:
Proporcionalno dejstvo P-član je proporcionalan grešci , pa iz jednačine osnovnog algoritma PID-a imamo: u(t)=K·e(t) Ovo je najprostija forma povratnih sprega. Nekoliko osobinaproporcionalne kontrole može da se razume prateći sledeće argumente, koji subazirani na čistom primeru statističke ekvivalentrnosti. Podrazumevajućijednostavan krug povratne sprege, pokazan na slici 1. sastoji se odregulatora i procesa. Uzimajući u obzir da kontroler ima proporcionalno dejstvo i proces je modelovan iz statičkog modela: x=Kp·u  Slika 1. Blok dijagram proste povratne sprege Svaki proporcionalni regulator se odlikuje svojim proporcionalnim područjem koje se definiše kao potrebna procentualna promena ulazne veličine da bi se izlazna veličina promenila za 100%. Proporcionalno područje se može definisati i kao recipročna vrednost pojačanja Kp (%). Povećanjem pojačanja Kp, odnosno smanjenjem proporcionalnog područja, se konstantno odstupanje upravljane promenljive, od njene zadate vrednosti, smanjuje. U isto vreme se povećava brzina reagovanja i smanjuje pretek stabilnosti sistema. Integralno dejstvo Glavna funkcija integralnog dejstva je daosigura da će izlaz imaki upravljanje ali sa nultom greškom u ustaljenom stanju. U proporcionalnoj kontroli, neophnodno je imati greškukako bi imali signal koji je različit od nule. Kodintegralnih proračuna, mala pozitivna greška će uvek voditi do povećanja signala upravljanja, a negativna greška će dati opadajući signal upravljanja bezobzira koliko je greška mala, greška u ustaljenom stanju će biti uvek jednaka nuli.  Integralni proračun može takođe bitiupravljan kao uređaj koji automatski prilađava resetovanje proporcionalnihregulatora. Ovo je prikazano na blok-dijagramu na slici 2. koja pokazujeproporcionalni regulator sa resetovanjem koje je automatski prilagodjeno.Prilagodjavanje je nastalo povlačenjem unazad signala, koje je prerađeno uvrednost izlaznog signala, do završne tačke kontrolera. Ovo je ustvari jedan odnajranijih pronalazaka integralnog proračuna ili kako se još zove “automatskoresetovanje”.
 Slika 2. Integralno dejstvo kao automatsko resetovanje (PI regulator) Uvođenjem integralnog dejstva se povećava inertnost sistema, odnosno, sistem sporije reaguje na spoljne uticaje, ali zato u većini slučajeva trajno otklanja grešku rada sistema u stacionarnom stanju. Negativna osobina ovog tipa regulatora je i destabilizujuće dejstvo u sistemu usled njemu svojstvenog kašnjenja. Diferencijalno dejstvo Diferencijalni zakon upravljanja je određen proporcionalnom zavisnošću između upravljačke promenljive u(t) i brzine promene greške e(t). Jednačina diferencijalnog regulatora ima sledeću formu:  Samostalno postojanje diferencijalnog regulatora nema mnogo smisla, jer je u ustaljenom režimu rada signal greške konstantan, te je izvod ovog signala jednak nuli. Zbog osobine da je upravljačka akcija proporcionalna brzini promene (prvom izvodu) greške u vremenu vidi se da bi D regulator reagovao samo na brze promene dok spore i dugotrajne promene ne bi prouzrokovale nikakvo dejstvo ovog regulatora,što se vidi sa slike3.  Slika 3. Diferencijalno dejstvo kao predviđanje ponašanja sistema Kombinovanjem sa P i/ili I regulatorom, ovaj regulator dobija na značaju, posebno u prelaznom režimu rada sistema. Njegovo postojanje omogućava bolje praćenje dinamike sistema, jer se njime prati veličina promene greške, a ne samo njena apsolutna vrednost. Uvođenjem diferencijalnog regulatora se povećava stabilnost i brzina reagovanja sistema. Kadamožemo upotrebti PID regulator ? Zahtevi sistema za upravljanjepodrazumevaju mnoge faktore kao što su reakcije komandnog signala,neosetljivost na izmereni šum i tok promena , odbacivanje očitanih smetnji (poremećaja). Dizajn kontrolnog sistematakođe uključuje aspekte toka dinamike, aktuatora zasićenja I karakteristike(osobine) smetnji. Prema tome, vrlo je iznjenađujuće da tako prost regulator kao PID radi tako dobro. Generalno empirijsko zapažanje je da većinaindustijskih procesa može biti veoma dobro kontrolisano sa PID regulatoromobezbeđujući da zahtevi radnog režimaregulatora nisu mnogo visoki. Kada je PI regulator dovoljan ? Diferencijalniproračuni se ne koriste često. Interesantno opažanje je da mnogo industrijskih regulator imaju samo PI proračune i drugo, diferencijalni proračuni mogu biti a i često jesu u mnogim kontrolnim kolima. Može se videti da je PI kontrolor adekvatanza sve svrhe gde je dinamika uglavnom prvog reda( nivo kontrole uzasebnim tankovima, smeša reaktora u tankovima će biti dobro izmešana ).Prilično je lako da se otkrije da li je ovo slučaj merenja stepena reakcije ilitoka učestalih reakcija. Ako stepen reakcije izgleda kao stepen prvog redasistema ili preciznije, ako Nikvistova kriva leži samo u prvom i četvrtom kvadrantu, onda je PI kontrolor dovoljan . Drugi razlog jetaj da je process napravljen tako da operacija ne zahteva strogu kontrolu. Čak i tada kada process ima viši nivo dinamike, integralni proračun je tu da obezbedi nultostacionarno stanje offset-a i adektavnu prolaznost reakcijaproporcionalnim proračunom. Kada je PID regulator dovoljan ? PIDkontrolor je dovoljan za procese gde je dominantna dinamika drugog reda, što jemnogo teže utvrditi. Jedina mogućnost je merenje frekvencijskog odziva. Ako jefrekvencijski odziv monoton sa kašnjenjem manjim od 180 stepeni, tada znamoda je sistem drugog reda. Tipičan primerdiferencijalnog proračuna poboljšava reakciju kada je dinamika okarakterisana vremenskom konstantom koja se razlikuje u veličini. Diferencijalniproračun tada može korisno da se upotrebi kako bi ubrzao reakciju. Kontrola temperature je tipični slučaj. Diferencijalan proračun je takođe koristan kada je zahtevana strogakontrola sistema visokog reda. Viši nivo dinamike će ograničiti količinuproporcionalnog dejstva za dobru kontrolu. Tekst je preuzet iz knjige:
Grupe autora:
Prevod:
Dalja objašnjenja pojmova korišćenih u ovom tekstu mozete naći upomenutoj knjizi. |
| < Prethodno | Sledeće > |
|---|
